(57)【要約】【課題】グラファイト部材の破損を防ぎつつ、熱的性能の劣化を抑制する。【解決手段】ヒートスプレッダは、第１金属部材１１と、前記第１金属部材上に設けられた第１インサート部材１２と、前記第１インサート部材上に設けられたグラファイト部材１３と、前記グラファイト部材上に設けられた第２インサート部材１４と、前記第２インサート部材上に設けられた第２金属部材１５と、を具備する。前記第１および第２インサート部材の弾性率は、前記第１および第２金属部材、並びに前記グラファイト部材の弾性率よりも小さい。【選択図】      図３
2018152408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属部材と、
前記第１金属部材上に設けられた第１インサート部材と、
前記第１インサート部材上に設けられたグラファイト部材と、
前記グラファイト部材上に設けられた第２インサート部材と、
前記第２インサート部材上に設けられた第２金属部材と、
を具備し、
前記第１および第２インサート部材の弾性率は、前記第１および第２金属部材、並びに前記グラファイト部材の弾性率よりも小さい
ヒートスプレッダ。
【請求項２】
前記第１および第２インサート部材は、グラファイトおよび樹脂を含む請求項１のヒートスプレッダ。
【請求項３】
前記第１および第２金属部材、前記第１および第２インサート部材、並びに前記グラファイト部材は、与圧接合される請求項１または請求項２のヒートスプレッダ。
【請求項４】
前記第１金属部材と前記第２金属部材とは、与圧固定手段によって固定される請求項３のヒートスプレッダ。
【請求項５】
前記第１金属部材は溝を有し、
前記第１および第２インサート部材、並びに前記グラファイト部材は前記溝内に設けられる
請求項１乃至請求項４のいずれか１項のヒートスプレッダ。
【請求項６】
前記グラファイト部材は、複数のグラフェンを含み、
前記複数のグラフェンは、前記第１および第２金属部材、前記第１および第２インサート部材、並びに前記グラファイト部材が積層された第１方向に交差する第２方向において積層される
請求項１乃至請求項５のいずれか１項のヒートスプレッダ。
【請求項７】
前記グラファイト部材は、複数のグラフェンを含み、
前記複数のグラフェンは、前記第１および第２金属部材、前記第１および第２インサート部材、並びに前記グラファイト部材が積層された第１方向において積層される
請求項１乃至請求項５のいずれか１項のヒートスプレッダ。
【請求項８】
第１金属部材と、
前記第１金属部材上に設けられた第１インサート部材と、
前記第１インサート部材上に設けられた第１グラファイト部材と、
前記第１グラファイト部材上に設けられた第２インサート部材と、
前記第２インサート部材上に設けられた第２グラファイト部材と、
前記第２グラファイト部材上に設けられた第３インサート部材と、
前記第３インサート部材上に設けられた第２金属部材と、
を具備し、
前記第１、第２、および第３インサート部材の弾性率は、前記第１および第２金属部材、並びに前記第１および第２グラファイト部材の弾性率よりも小さい
ヒートスプレッダ。
【請求項９】
前記第１、第２、および第３インサート部材は、グラファイトおよび樹脂を含む請求項８のヒートスプレッダ。
【請求項１０】
前記第１および第２金属部材、前記第１および第２インサート部材、並びに前記第１および第２グラファイト部材は、与圧接合される請求項８または請求項９のヒートスプレッダ。
【請求項１１】
前記第１金属部材と前記第２金属部材とは、与圧固定手段によって固定される請求項１０のヒートスプレッダ。
【請求項１２】
前記第１金属部材は溝を有し、
前記第１、第２、および第３インサート部材、並びに前記第１および第２グラファイト部材は前記溝内に設けられる
請求項８乃至請求項１１のいずれか１項のヒートスプレッダ。
【請求項１３】
前記第１グラファイト部材は、複数の第１グラフェンを含み、
前記第２グラファイト部材は、複数の第２グラフェンを含み、
前記複数の第１グラフェンは、前記第１および第２金属部材、前記第１および第２インサート部材、並びに前記第１および第２グラファイト部材が積層された第１方向に交差する第２方向において積層され、
前記複数の第２グラフェンは、前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向において積層される
請求項８乃至請求項１２のいずれか１項のヒートスプレッダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、グラファイトを含むヒートスプレッダに関する。
【背景技術】
【０００２】
グラファイトの熱伝導率は、金属材料の熱伝導率よりも圧倒的に高い。また、グラファイトは、金属材料よりも軽量である。グラファイトは、これらの特性を生かすため、パワー半導体の放熱パッドおよび航空機搭載電子機器の基板のヒートパスに使用される。
【０００３】
しかしながら、グラファイトは、脆性材料であるため、破損しやすい。また、グラファイトは、導電性を有する。このため、グラファイト部材が電子機器の内部に使用された場合、グラファイト部材の一部が欠損することがある。このとき、グラファイト部材の破片が電子機器内部の電極に触れて短絡してしまう。この問題を解消するために、グラファイト部材が製品に実装される際、グラファイト部材は金属等の部材でその周囲が覆われて保護される。
【０００４】
一方で、熱的な観点で見ると、グラファイト部材が金属部材で覆われる場合、グラファイト部材と金属部材との接触面が接合されていないとこれらの接触熱抵抗が大きくなる。このため、グラファイト部材は、金属メッキ等でメタライジングされた後、金属部材とろう付けで接合される。これにより、グラファイト部材と金属部材との接触熱抵抗が低減される。
【０００５】
しかしながら、グラファイト部材と金属部材とをろう付けする接合方式では、大型のヒートスプレッダ、例えばいずれかの寸法が１５０ｍｍを超えるヒートスプレッダの製造が困難である。なぜなら、グラファイトの線膨張率（−０．６×１０−６）と、金属（例えばアルミニウム）の線膨張率（１０〜３０×１０−６）との差が大きいためである。線膨張率の差が大きいと、大面積または長尺を有するグラファイト部材と金属部材とがろう付けされる工程において、高温で接合した後に常温に冷却するときにこれらに熱応力が発生する。この熱応力により、グラファイト部材が耐えきれなくなり、グラファイト部材にクラックが生じる。その結果、グラファイト部材を通過する熱が遮断されるため、ヒートスプレッダの熱的性能が劣化してしまう。
【０００６】
また、ヒートスプレッダが低温から高温まで広い温度範囲で繰り返し使用される場合、またはヒートスプレッダが温度の高い熱源に使用されて温度が繰り返し変動する場合、熱サイクル疲労によってグラファイト部材と金属部材との接合面付近でクラックが生じてしまう。その結果、上記と同様、ヒートスプレッダの熱的性能が劣化してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−０２３６７０号公報
【特許文献２】特開２０１２−２３８７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、従来のヒートスプレッダでは、グラファイトを用いるために種々の問題が生じていた。
【０００９】
実施形態では、グラファイト部材の破損を防ぎつつ、熱的性能の劣化を抑制するヒートスプレッダを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態によるヒートスプレッダは、第１金属部材と、前記第１金属部材上に設けられた第１インサート部材と、前記第１インサート部材上に設けられたグラファイト部材と、前記グラファイト部材上に設けられた第２インサート部材と、前記第２インサート部材上に設けられた第２金属部材と、を具備する。前記第１および第２インサート部材の弾性率は、前記第１および第２金属部材、並びに前記グラファイト部材の弾性率よりも小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係るヒートスプレッダを示す斜視図。
【図２】第１実施形態に係るヒートスプレッダを示す分解斜視図。
【図３】第１実施形態に係るヒートスプレッダを示す断面図。
【図４】第１比較例に係るヒートスプレッダを示す拡大断面図。
【図５】第２比較例に係るヒートスプレッダを示す拡大断面図。
【図６】第１実施形態に係るヒートスプレッダを示す拡大断面図。
【図７】第２実施形態に係るヒートスプレッダを示す断面図。
【図８】第２実施形態に係るヒートスプレッダにおけるグラファイト部材を示す斜視図。
【図９】第２実施形態に係るヒートスプレッダが実装された放熱装置を示す断面図。
【図１０】第３実施形態に係るヒートスプレッダを示す断面図。
【図１１】第３実施形態に係るヒートスプレッダにおけるグラファイト部材を示す斜視図。
【図１２】第３実施形態に係るヒートスプレッダが実装された放熱装置を示す断面図。
【図１３】第４実施形態に係るヒートスプレッダを示す断面図。
【図１４】第４実施形態に係るヒートスプレッダにおけるグラファイト部材を示す斜視図。
【図１５】第４実施形態に係るヒートスプレッダの変形例を示す断面図。
【図１６】第４実施形態に係るヒートスプレッダにおけるグラファイト部材１３の変形例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施形態を以下に図面を参照して説明する。図面において、同一部分には同一の参照符号を付す。
【００１３】
＜第１実施形態＞
以下に図１乃至図５を用いて、第１実施形態に係るヒートスプレッダについて説明する。
【００１４】
［第１実施形態におけるヒートスプレッダの構成］
図１は、第１実施形態に係るヒートスプレッダ１０を示す斜視図である。図２は、第１実施形態に係るヒートスプレッダ１０を示す分解斜視図である。図３は、第１実施形態に係るヒートスプレッダ１０を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００１５】
図１乃至図３に示すように、ヒートスプレッダ１０は、金属部材１１，１５、インサート部材１２，１４、グラファイト部材１３、およびねじ１６を含む。ヒートスプレッダ１０は、例えばＸ方向およびＹ方向に拡がる平板状であり、Ｚ方向に各構成要素が積層されることで構成される。
【００１６】
ここで、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、互いに直交するが、これに限らず、交差するだけでもよい。また、以下において、Ｚ方向を上下方向として説明する。
【００１７】
金属部材１１は、Ｘ方向およびＹ方向に拡がる平板状である。金属部材１１は、例えばＸ方向に短辺、Ｙ方向に長辺を有する長方形である。金属部材１１は、溝１１ａを有する。溝１１ａは、Ｚ方向に窪む。溝１１ａは、Ｘ方向に短辺、Ｙ方向に長辺を有する長方形である。後述するように、溝１１ａ内に、インサート部材１２、グラファイト部材１３、およびインサート部材１４が順に積層される。金属部材１１は、例えばアルミニウム、銅、または銀、もしくはそれらの少なくとも１つからなる合金を含む。
【００１８】
インサート部材１２は、金属部材１１上で、かつ金属部材１１の溝１１ａ内に対応して設けられる。インサート部材１２は、溝１１ａに対応するようにＸ方向およびＹ方向に拡がるシート状である。インサート部材１２の弾性率は、金属部材１１、グラファイト部材１３、および金属部材１５の弾性率よりも小さい。すなわち、インサート部材１２は、金属部材１１、グラファイト部材１３、および金属部材１５よりも柔軟性および流動性を有する。インサート部材１２の膜厚は、金属部材１１、グラファイト部材１３、および金属部材１５の膜厚よりも薄い。また、インサート部材１２は、グラファイト部材１３と同等の熱伝導率を有することが望ましい。このような材料として、インサート部材１２は、グラファイトおよび樹脂（シリコン樹脂）を含む。グラファイトおよび樹脂を含むインサート部材１２としては、例えば熱伝導性シートまたは熱伝導性グリースが挙げられる。また、インサート部材１２は、液体金属であってもよい。
【００１９】
グラファイト部材１３は、インサート部材１２上で、かつ金属部材１１の溝１１ａ内に対応して設けられる。言い換えると、グラファイト部材１３はインサート部材１２を介して金属部材１１上に設けられる。すなわち、金属部材１１とグラファイト部材１３との間に、インサート部材１２が設けられる。グラファイト部材１３は、溝１１ａに対応するようにＸ方向およびＹ方向に拡がる平板状である。
【００２０】
インサート部材１４は、グラファイト部材１３上で、かつ金属部材１１の溝１１ａ内に対応して設けられる。インサート部材１４は、溝１１ａに対応するようにＸ方向およびＹ方向に拡がるシート状である。インサート部材１４は、インサート部材１２と同様の弾性率、膜厚、および熱伝導率を有し、インサート部材１２と同様の材料を含む。
【００２１】
金属部材１５は、金属部材１１およびインサート部材１４上に設けられる。言い換えると、金属部材１５はインサート部材１４を介してグラファイト部材１３上に設けられる。すなわち、金属部材１５とグラファイト部材１３との間に、インサート部材１４が設けられる。金属部材１５は、Ｘ方向およびＹ方向に拡がる平板状であり、金属部材１１に対応する長方形である。
なお、図示はしないが、金属部材１５は溝を有してもよい。金属部材１５の溝は、金属部材１１の溝１１ａに対応して設けられる。すなわち、金属部材１５の溝および金属部材１１の溝１１ａで形成されるスペースに、インサート部材１２、グラファイト部材１３、およびインサート部材１４が設けられる。
【００２２】
金属部材１５と金属部材１１とは、与圧固定手段としてねじ１６によって多点止めされる。これにより、金属部材１１、インサート部材１２、グラファイト部材１３、インサート部材１４、および金属部材１５は、与圧接合される。ここで、与圧接合とは、ろう付け接合等のように接着により接合することとは異なり、与圧のみで非接着により接合することを示す。
【００２３】
金属部材１１の溝１１ａの深さは、インサート部材１２、グラファイト部材１３、およびインサート部材１４のトータルの膜厚よりも小さい。これにより、金属部材１５と金属部材１１とをねじ１６によって固定することで、インサート部材１２，１４が圧縮される。このため、金属部材１１、インサート部材１２、グラファイト部材１３、インサート部材１４、および金属部材１１が十分に与圧され、各間に隙間が生じない。
【００２４】
なお、第１実施形態において、Ｘ方向に並ぶ２個の溝１１ａ、インサート部材１２、グラファイト部材１３、およびインサート部材１４を示しているが、溝１１ａ、インサート部材１２、グラファイト部材１３、およびインサート部材１４の個数は２個に限らない。
【００２５】
また、第１実施形態において、インサート部材１２はグラファイト部材１３の下面と金属部材１１との間のみに設けられ、インサート部材１４はグラファイト部材１３の上面と金属部材１５との間のみに設けられるが、これに限らない。インサート部材１２，１４は、グラファイト部材１３の側面と金属部材１１との間にも設けられてもよい。
【００２６】
また、第１実施形態において、与圧固定手段としてねじ１６を用いたがこれに限らない。金属部材１５と金属部材１１とは、与圧固定手段として例えばクリップ、接着剤またはリベット等によって固定されてもよい。
【００２７】
［第１実施形態における効果］
図４は、第１比較例に係るヒートスプレッダ１０を示す拡大断面図である。図５は、第２比較例に係るヒートスプレッダ１０を示す拡大断面図である。図６は、第１実施形態に係るヒートスプレッダ１０を示す拡大断面図である。
【００２８】
図４に示すように、第１比較例におけるヒートスプレッダ１０では、グラファイト部材１３と金属部材１５とが接合されずに直接接触される。しかし、この場合、グラファイト部材１３および金属部材１５の表面のミクロな凹凸によって、これらの界面に隙間が存在する。すなわち、グラファイト部材１３と金属部材１５との接触面積は小さい。このため、グラファイト部材１３と金属部材１５との界面における熱伝達性が悪くなり、ヒートスプレッダ１０の熱的性能が劣化してしまう。
【００２９】
一方、図５に示すように、第２比較例におけるヒートスプレッダ１０では、グラファイト部材１３と金属部材１５とがろう材４０によってろう付け接合される。グラファイト部材１３および金属部材１５の表面のミクロな凹凸によって生じる隙間は、ろう材４０によって埋め込まれる。しかし、ろう材４０は、柔軟性および流動性がなく、弾性率の高い材料である。このため、温度変化によりグラファイト部材１３と金属部材１５との間に膨張差が発生すると、互いに応力を受ける。その結果、グラファイト部材１３と金属部材１５との界面において、グラファイト部材１３にクラック４１が生じてしまい、ヒートスプレッダ１０の熱的性能が劣化してしまう。ヒートスプレッダ１０が大型になるとより膨張差が生じるため、この熱的性能の劣化はより顕著になる。
【００３０】
第１比較例および第２比較例に対し、図６に示すように、第１実施形態によれば、グラファイト部材１３と金属部材１５との間に、インサート部材１４が設けられる。インサート部材１４の弾性率は、グラファイト部材１３および金属部材１５の弾性率よりも小さい。すなわち、インサート部材１４は、柔軟性および流動性を有する。そして、これらグラファイト部材１３、インサート部材１４、および金属部材１５が、与圧接合される。これにより、グラファイト部材１３および金属部材１５の表面の凹凸による隙間がインサート部材１４によって埋め込まれる。このため、温度変化によりグラファイト部材１３と金属部材１５との間に膨張差が生じても、インサート部材１４が弾性変形することによって、グラファイト部材１３および金属部材１５は互いに応力を受けない。したがって、ヒートスプレッダの製造工程においてグラファイト部材１３の破損を防ぐことができる。また、長期間の使用による高サイクル熱疲労に耐えることができる。その結果、グラファイト部材１３の破損に基づく熱的性能の劣化を抑制することができる。
【００３１】
なお、上記では省略したが、グラファイト部材１３と金属部材１１との間にインサート部材１２が設けられることで同様の効果が得られる。
【００３２】
また、第１実施形態では、金属部材１１と金属部材１５とが、ねじ１６によって多点止めされる。これにより、金属部材１１、インサート部材１２、グラファイト部材１３、インサート部材１４、および金属部材１５が均一にかつ常温で十分に与圧される。これにより、例えば高温において熱膨張しても各間に隙間が生じることはなく、熱的性能の劣化を抑制することができる。
【００３３】
また、第１実施形態では、金属部材１１と金属部材１５とが、ねじ１６によって固定される。このため、インサート部材１４の劣化およびグラファイト部材１３の破損が生じても、容易に分解して修理することできる。
【００３４】
＜第２実施形態＞
以下に図７乃至図９を用いて、第２実施形態に係るヒートスプレッダについて説明する。なお、第２実施形態では、上記第１実施形態と同様の点については説明を省略し、主に異なる点について説明する。
【００３５】
［第２実施形態におけるヒートスプレッダの構成］
図７は、第２実施形態に係るヒートスプレッダ１０を示す断面図である。図８は、第２実施形態に係るヒートスプレッダ１０におけるグラファイト部材１３を示す斜視図である。
【００３６】
図７および図８に示すように、第２実施形態において、上記第１実施形態と異なる点は、グラファイト部材１３が積層された複数のグラフェン１３ａを含む点である。
【００３７】
複数のグラフェン１３ａはそれぞれ、Ｙ方向およびＺ方向に拡がるシート状である。すなわち、グラフェンの結晶面は、Ｙ方向およびＺ方向に拡がる。複数のグラフェン１３ａは、Ｘ方向に積層される。すなわち、複数のグラフェン１３ａは、金属部材１１，１５、インサート部材１２，１４、およびグラファイト部材１３が積層された方向（Ｚ方向）に対して直交する方向（Ｘ方向）に積層される。複数のグラフェン１３ａの下端面はインサート部材１２に接触し、上端面はインサート部材１４に接触する。
【００３８】
図８に示すように、複数のグラフェン１３ａは、積層方向よりも面内方向（結晶面内）において高い熱伝導性を有する。したがって、第２実施形態では、グラファイト部材１３は、Ｙ方向およびＺ方向において熱拡散しやすい。
【００３９】
図９は、第２実施形態に係るヒートスプレッダ１０が実装された放熱装置を示す断面図である。
【００４０】
図９に示すように、放熱装置は、ヒートスプレッダ１０および放熱器３０を含む。ヒートスプレッダ１０上（金属部材１５上）には、発熱源２０が設けられる。一方、ヒートスプレッダ１０下（金属部材１１下）には、放熱器３０が設けられる。放熱器３０は、例えばヒートシンクである。放熱器３０は、平板部３１および複数のフィン部３２を含む。複数のフィン部３２は平板部３１下に設けられ、複数のフィン部３２から放熱される。
【００４１】
上述したように、第２実施形態におけるヒートスプレッダ１０は、Ｙ方向およびＺ方向において熱拡散しやすい。このため、ヒートスプレッダ１０は、上面側の発熱源２０からの熱を下面側に拡散して放熱しやすい。したがって、ヒートスプレッダ１０の下面に、放熱器３０が設けられる。
【００４２】
なお、第２実施形態におけるヒートスプレッダ１０は、上面側の発熱源２０からの熱をＹ方向の側面側にも放熱しやすい。したがって、ヒートスプレッダ１０のＹ方向の側面に、放熱器３０が設けられてもよい。
【００４３】
［第２実施形態における効果］
第２実施形態によれば、グラファイト部材１３が複数のグラフェン１３ａを含む。複数のグラフェン１３ａは、Ｙ方向およびＺ方向に拡がり、Ｘ方向に積層される。このため、ヒートスプレッダ１０は、Ｙ方向およびＺ方向において熱拡散しやすい。したがって、ヒートスプレッダ１０は、上面側の発熱源２０からの熱を下面側（またはＹ方向の側面側）に拡散して放熱することができる。
【００４４】
＜第３実施形態＞
以下に図１０乃至図１２を用いて、第３実施形態に係るヒートスプレッダについて説明する。第３実施形態は、上記第２実施形態の変形例である。第３実施形態では、上記第２実施形態と同様の点については説明を省略し、主に異なる点について説明する。
【００４５】
［第３実施形態におけるヒートスプレッダの構成］
図１０は、第３実施形態に係るヒートスプレッダ１０を示す断面図である。図１１は、第３実施形態に係るヒートスプレッダ１０におけるグラファイト部材１３を示す斜視図である。
【００４６】
図１０および図１１に示すように、第３実施形態において、上記第２実施形態と異なる点は、複数のグラフェン１３ａの積層方向である。
【００４７】
複数のグラフェン１３ａはそれぞれ、Ｘ方向およびＹ方向に拡がるシート状である。すなわち、グラフェンの結晶面は、Ｘ方向およびＹ方向に拡がる。複数のグラフェン１３ａは、Ｚ方向に積層される。すなわち、複数のグラフェン１３ａは、金属部材１１，１５、インサート部材１２，１４、およびグラファイト部材１３が積層された方向（Ｚ方向）に対して平行する方向（Ｚ方向）に積層される。
【００４８】
図１１に示すように、第３実施形態では、グラファイト部材１３は、Ｘ方向およびＹ方向において熱拡散しやすい。
【００４９】
図１２は、第３実施形態に係るヒートスプレッダ１０が実装された放熱装置を示す断面図である。
【００５０】
図１２に示すように、放熱装置は、ヒートスプレッダ１０および放熱器３０を含む。ヒートスプレッダ１０上（金属部材１５上）には、発熱源２０が設けられる。一方、ヒートスプレッダ１０の側面（金属部材１１の側面）には、放熱器３０が設けられる。
【００５１】
上述したように、第３実施形態におけるヒートスプレッダ１０は、Ｘ方向およびＹ方向において熱拡散しやすい。このため、ヒートスプレッダ１０は、上面側の発熱源２０からの熱を側面側（Ｘ方向およびＹ方向の側面側）に拡散して放熱しやすい。したがって、ヒートスプレッダ１０の側面に、放熱器３０が設けられる。
【００５２】
なお、図１２において、放熱器３０は、ヒートスプレッダ１０のＸ方向の側面に設けられるが、Ｙ方向の側面に設けられてもよい。
【００５３】
［第３実施形態における効果］
第３実施形態によれば、グラファイト部材１３が複数のグラフェン１３ａを含む。複数のグラフェン１３ａは、Ｘ方向およびＹ方向に拡がり、Ｚ方向に積層される。このため、ヒートスプレッダ１０は、Ｘ方向およびＹ方向において熱拡散しやすい。したがって、上面側の発熱源２０からの熱を側面側に拡散して放熱することができる。
【００５４】
＜第４実施形態＞
以下に図１３乃至図１６を用いて、第４実施形態に係るヒートスプレッダについて説明する。第４実施形態は、上記第２実施形態の変形例である。第４実施形態では、上記第２実施形態と同様の点については説明を省略し、主に異なる点について説明する。
【００５５】
［第４実施形態におけるヒートスプレッダの構成］
図１３は、第４実施形態に係るヒートスプレッダ１０を示す断面図である。図１４は、第４実施形態に係るヒートスプレッダ１０におけるグラファイト部材１３を示す斜視図である。
【００５６】
図１３および図１４に示すように、第４実施形態において、上記第２実施形態と異なる点は、グラファイト部材１３だけでなく、グラファイト部材１８およびインサート部材１７が設けられる点である。
【００５７】
インサート部材１２は、金属部材１１上で、かつ金属部材１１の溝１１ａ内に対応して設けられる。インサート部材１７は、溝１１ａに対応するようにＸ方向およびＹ方向に拡がるシート状である。
【００５８】
グラファイト部材１３は、インサート部材１２上で、かつ金属部材１１の溝１１ａ内に対応して設けられる。グラファイト部材１３は、複数のグラフェン１３ａを含む。複数のグラフェン１３ａはそれぞれ、Ｙ方向およびＺ方向に拡がるシート状である。すなわち、グラフェンの結晶面は、Ｙ方向およびＺ方向に拡がる。複数のグラフェン１３ａは、Ｘ方向に積層される。すなわち、複数のグラフェン１３ａは、金属部材１１，１５、インサート部材１２，１４、およびグラファイト部材１３が積層された方向（Ｚ方向）に対して直交する方向（Ｘ方向）に積層される。複数のグラフェン１３ａの下端面はインサート部材１２に接触し、上端面はインサート部材１７に接触する。
【００５９】
インサート部材１７は、グラファイト部材１３上で、かつ金属部材１１の溝１１ａ内に対応して設けられる。インサート部材１７は、溝１１ａに対応するようにＸ方向およびＹ方向に拡がるシート状である。インサート部材１７は、インサート部材１２，１４と同様の弾性率、膜厚、および熱伝導率を有し、インサート部材１２，１４と材料を含む。
【００６０】
グラファイト部材１８は、インサート部材１７上で、かつ金属部材１１の溝１１ａ内に対応して設けられる。言い換えると、グラファイト部材１８はインサート部材１７を介してグラファイト部材１３上に設けられる。すなわち、グラファイト部材１８とグラファイト部材１３との間に、インサート部材１７が設けられる。グラファイト部材１８は、複数のグラフェン１８ａを含む。複数のグラフェン１８ａはそれぞれ、Ｘ方向およびＺ方向に拡がるシート状である。すなわち、グラフェンの結晶面は、Ｘ方向およびＺ方向に拡がる。複数のグラフェン１８ａは、Ｙ方向に積層される。すなわち、複数のグラフェン１８ａは、金属部材１１，１５、インサート部材１２，１４、およびグラファイト部材１８が積層された方向（Ｚ方向）に対して直交する方向（Ｙ方向）に積層される。複数のグラフェン１８ａの下端面はインサート部材１７に接触し、上端面はインサート部材１４に接触する。
【００６１】
インサート部材１４は、グラファイト部材１８上で、かつ金属部材１１の溝１１ａ内に対応して設けられる。インサート部材１４は、溝１１ａに対応するようにＸ方向およびＹ方向に拡がるシート状である。
【００６２】
図１４に示すように、第４実施形態では、グラファイト部材１３は、Ｙ方向およびＺ方向において熱拡散しやすい。一方、グラファイト部材１８は、Ｘ方向およびＺ方向において熱拡散しやすい。すなわち、ヒートスプレッダ１０は、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向において熱拡散しやすい。このため、ヒートスプレッダ１０は、上面側の発熱源からの熱を下面側および側面側のいずれにも拡散して放熱しやすい。したがって、図示はしないが、ヒートスプレッダ１０の下面および側面のいずれにも、放熱器が設けられてもよい。
【００６３】
［第４実施形態における効果］
第４実施形態によれば、グラファイト部材１３，１８が設けられる。グラファイト部材１３が複数のグラフェン１３ａを含む。複数のグラフェン１３ａは、Ｙ方向およびＺ方向に拡がり、Ｘ方向に積層される。一方、グラファイト部材１８は、複数のグラフェン１８ａを含む。複数のグラフェン１８ａは、Ｘ方向およびＺ方向に拡がり、Ｙ方向に積層される。このため、ヒートスプレッダ１０は、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向において等方的に熱拡散しやすい。したがって、上面側の発熱源からの熱を下面側および側面側のいずれにも拡散して放熱することができる。
【００６４】
［第４実施形態における変形例］
図１５は、第４実施形態に係るヒートスプレッダ１０の変形例を示す断面図である。図１６は、第４実施形態に係るヒートスプレッダ１０におけるグラファイト部材１３の変形例を示す斜視図である。
【００６５】
図１５および図１６に示すように、変形例によれば、上記第４実施形態に対して、複数のグラフェン１３ａの積層方向と複数のグラフェン１８ａの積層方向とが入れ替わっている。
【００６６】
グラファイト部材１３における複数のグラフェン１３ａはそれぞれ、Ｘ方向およびＺ方向に拡がるシート状である。すなわち、グラフェンの結晶面は、Ｘ方向およびＺ方向に拡がる。複数のグラフェン１３ａは、Ｙ方向に積層される。一方、グラファイト部材１８における複数のグラフェン１８ａはそれぞれ、Ｙ方向およびＺ方向に拡がるシート状である。すなわち、グラフェンの結晶面は、Ｙ方向およびＺ方向に拡がる。複数のグラフェン１８ａは、Ｘ方向に積層される。
【００６７】
これにより、変形例においても上記第４実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６９】
１１，１５…金属部材、１２，１４，１７…インサート部材、１３，１８…グラファイト部材、１６…ねじ、１３ａ，１８ａ…グラフェン。
【図１】
2018152408.tif 000003
【図２】
2018152408.tif 000004
【図３】
2018152408.tif 000005
【図４】
2018152408.tif 000006
【図５】
2018152408.tif 000007
【図６】
2018152408.tif 000008
【図７】
2018152408.tif 000009
【図８】
2018152408.tif 000010
【図９】
2018152408.tif 000011
【図１０】
2018152408.tif 000012
【図１１】
2018152408.tif 000013
【図１２】
2018152408.tif 000014
【図１３】
2018152408.tif 000015
【図１４】
2018152408.tif 000016
【図１５】
2018152408.tif 000017
【図１６】
2018152408.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月13日(2018.3.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属部材と、
前記第１金属部材上に設けられた第１インサート部材と、
前記第１インサート部材上に設けられたグラファイト部材と、
前記グラファイト部材上に設けられた第２インサート部材と、
前記第２インサート部材上に設けられた第２金属部材と、
を具備し、
前記第１および第２インサート部材の弾性率は、前記第１および第２金属部材、並びに前記グラファイト部材の弾性率よりも小さく、
前記第１および第２金属部材、前記第１および第２インサート部材、並びに前記グラファイト部材は、与圧接合される
ヒートスプレッダ。
【請求項２】
前記第１および第２インサート部材は、グラファイトおよび樹脂を含む請求項１のヒートスプレッダ。
【請求項３】
前記第１金属部材と前記第２金属部材とは、与圧固定手段によって固定される請求項２のヒートスプレッダ。
【請求項４】
前記第１金属部材は溝を有し、
前記第１および第２インサート部材、並びに前記グラファイト部材は前記溝内に設けられる
請求項１乃至請求項３のいずれか１項のヒートスプレッダ。
【請求項５】
前記グラファイト部材は、複数のグラフェンを含み、
前記複数のグラフェンは、前記第１および第２金属部材、前記第１および第２インサート部材、並びに前記グラファイト部材が積層された第１方向に交差する第２方向において積層される
請求項１乃至請求項４のいずれか１項のヒートスプレッダ。
【請求項６】
前記グラファイト部材は、複数のグラフェンを含み、
前記複数のグラフェンは、前記第１および第２金属部材、前記第１および第２インサート部材、並びに前記グラファイト部材が積層された第１方向において積層される
請求項１乃至請求項５のいずれか１項のヒートスプレッダ。
【請求項７】
第１金属部材と、
前記第１金属部材上に設けられた第１インサート部材と、
前記第１インサート部材上に設けられた第１グラファイト部材と、
前記第１グラファイト部材上に設けられた第２インサート部材と、
前記第２インサート部材上に設けられた第２グラファイト部材と、
前記第２グラファイト部材上に設けられた第３インサート部材と、
前記第３インサート部材上に設けられた第２金属部材と、
を具備し、
前記第１、第２、および第３インサート部材の弾性率は、前記第１および第２金属部材、並びに前記第１および第２グラファイト部材の弾性率よりも小さく、
前記第１および第２金属部材、前記第１、第２、および第３インサート部材、並びに前記第１および第２グラファイト部材は、与圧接合される
ヒートスプレッダ。
【請求項８】
前記第１、第２、および第３インサート部材は、グラファイトおよび樹脂を含む請求項７のヒートスプレッダ。
【請求項９】
前記第１金属部材と前記第２金属部材とは、与圧固定手段によって固定される請求項７のヒートスプレッダ。
【請求項１０】
前記第１金属部材は溝を有し、
前記第１、第２、および第３インサート部材、並びに前記第１および第２グラファイト部材は前記溝内に設けられる
請求項７乃至請求項９のいずれか１項のヒートスプレッダ。
【請求項１１】
前記第１グラファイト部材は、複数の第１グラフェンを含み、
前記第２グラファイト部材は、複数の第２グラフェンを含み、
前記複数の第１グラフェンは、前記第１および第２金属部材、前記第１および第２インサート部材、並びに前記第１および第２グラファイト部材が積層された第１方向に交差する第２方向において積層され、
前記複数の第２グラフェンは、前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向において積層される
請求項７乃至請求項１０のいずれか１項のヒートスプレッダ。
【請求項１２】
第１金属部材と、
前記第１金属部材上に設けられた第１インサート部材と、
前記第１インサート部材上に設けられたグラファイト部材と、
前記グラファイト部材上に設けられた第２インサート部材と、
前記第２インサート部材上に設けられた第２金属部材と、
を具備し、
前記第１および第２インサート部材の弾性率は、前記第１および第２金属部材、並びに前記グラファイト部材の弾性率よりも小さく、
前記第１および第２インサート部材は、非接着性材料を含む
ヒートスプレッダ。
【請求項１３】
前記前記第１および第２インサート部材は、熱伝導性シート、熱伝導性グリース、または液体金属である請求項１２のヒートスプレッダ。
【請求項１４】
第１金属部材と、
前記第１金属部材上に設けられた第１インサート部材と、
前記第１インサート部材上に設けられた第１グラファイト部材と、
前記第１グラファイト部材上に設けられた第２インサート部材と、
前記第２インサート部材上に設けられた第２グラファイト部材と、
前記第２グラファイト部材上に設けられた第３インサート部材と、
前記第３インサート部材上に設けられた第２金属部材と、
を具備し、
前記第１、第２、および第３インサート部材の弾性率は、前記第１および第２金属部材、並びに前記第１および第２グラファイト部材の弾性率よりも小さく、
前記第１、第２、および第３インサート部材は、非接着性材料を含む
ヒートスプレッダ。
【請求項１５】
前記第１、第２、および第３インサート部材は、熱伝導性シート、熱伝導性グリース、または液体金属である請求項１４のヒートスプレッダ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
実施形態によるヒートスプレッダは、第１金属部材と、前記第１金属部材上に設けられた第１インサート部材と、前記第１インサート部材上に設けられたグラファイト部材と、前記グラファイト部材上に設けられた第２インサート部材と、前記第２インサート部材上に設けられた第２金属部材と、を具備する。前記第１および第２インサート部材の弾性率は、前記第１および第２金属部材、並びに前記グラファイト部材の弾性率よりも小さく、前記第１および第２金属部材、前記第１および第２インサート部材、並びに前記グラファイト部材は、与圧接合される。