(57)【要約】【課題】応力緩和性と放熱性を両立することで、ヒートサイクルを経た後も安定した放熱性を維持できる放熱部材を提供する。【解決手段】貫通孔を有する金属構造体と、流動性を有する樹脂含有部材とを備えた放熱部材。金属構造体の貫通孔以外の箇所が、概平坦である前記の放熱部材。【選択図】図２
2015133376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有する金属構造体と、流動性を有する樹脂含有部材とを備えた放熱部材。
【請求項２】
金属構造体の貫通孔以外の箇所が、概平坦である請求項１記載の放熱部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放熱部材としては、１）熱伝導率の大きい金属、黒鉛、無機粒子を含むオイルからなる放熱グリース、２）熱伝導率の大きい金属、黒鉛、無機粒子を含む柔軟な架橋構造を有する樹脂からなる放熱パッド、３）熱伝導率の大きい金属、黒鉛、無機粒子を含む熱反応性の未硬化樹脂からなる放熱接着剤などがある（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２７９８４５号公報
【特許文献２】特開２００４−４３６１２号公報
【特許文献３】国際公開第２００９／１４２０３６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、いずれにおいても、放熱部材に使用される樹脂の熱伝導率は、金属、黒鉛、無機粒子と比べて小さく、金属、黒鉛、無機粒子間に樹脂が介在するため、熱伝導率は低いレベルであった。また、放熱部材は、高い放熱性を有することはもちろん、凹凸に追従することと、横方向にはみ出しがないこと、必要に応じて取り外しができることが求められるが、前記１）〜３）の材料はいずれかの特性が不十分であり、すべてを満足する材料は得られていなかった。
【０００５】
従来品の課題を挙げると、放熱グリースの場合、必要な使用箇所から使用中に徐々にしみ出し、その結果、使用箇所の放熱グリースの量が不十分になり、放熱性能が悪化することが問題になっていた。また、流動性を高め凹凸への追従性を改善すると、同時に横方向にはみ出しが大きくなることは避けられなかった。また、放熱パッドは、凹凸の大きい界面では追従性が悪く、熱抵抗が大きくなるという問題があった。また、放熱接着剤は、硬化のための加熱工程を追加する必要である、接着するため、取り外しができないなどの問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、応力緩和性と放熱性を両立することで、ヒートサイクルを経た後も安定した放熱性を維持できる放熱部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、貫通孔を有する金属構造体と、流動性を有する樹脂含有部材とを備えた放熱部材に関する。
また、本発明は、金属構造体の貫通孔以外の箇所が、概平坦である前記の放熱部材に関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の放熱部材は、応力緩和性と放熱性を両立することで、ヒートサイクルを経た後も安定した放熱性を維持できる。また、加圧などのプロセスが不要であるため、実装部品上などに容易に放熱部材を接着できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の放熱部材に係る金属構造体（金属部材）の形状例であり、上面から見た模式図である。
【図２】本発明の放熱部材の一形態例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の放熱部材は、貫通孔を有する金属構造体と、流動性を有する樹脂含有部材とを備えている。また、金属構造体の貫通孔以外の箇所が、概平坦であることが好ましい。なお、金属構造体とは、例えば、金属箔に貫通孔を形成した金属部材をいう。
【００１１】
本発明に用いる金属構造体は、銅、銀、金、ニッケル、アルミ、すず、インジウム及びそれらの合金等が挙げられるが、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であれば、どのようなものでもよい。熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上であると、縦、横両方向に効率的に熱を放散できる点で好ましい。また、金属構造体の形状は特に限定しないが、箔状であることが好ましい。また、金属構造体の厚さは３〜３００μｍであることが好ましく、パッケージの薄型化が図れる点で、厚さは３〜１００μｍがより好ましく、５〜３０μｍがさらに好ましい。このような金属構造体は、金属箔をパンチングすること、あるいは、電気鋳造法、パターンめっき法、金属箔の不要な部分をエッチングにて除去する方法などで作製できる。
【００１２】
このうち、パターンめっき法は、金属板の所定部分に絶縁レジストを設け、一部のみ、下地の金属板が露出するようにした版を用意し、その後、電界めっきで下地の金属板が露出する箇所に金属を形成し、さらに、その金属を剥離して所定形状の金属を形成するものである。パターンめっき法は、版を繰り返し使用でき、また、微細なパターンを安価に形成できる点で好ましい。金属めっきは、銅、銀、金、ニッケル、アルミ、すず等の金属及び各種合金等が挙げられるが、安価で熱伝導率に優れる点で銅が好ましい。
【００１３】
本発明の放熱部材に使用される、貫通孔を有する金属構造体としては、金属繊維を編んだもの、織ったもの等の２次元金属繊維構造体などが挙げられるが、金属構造体は、貫通孔以外の箇所が概平坦であると、被着体との間の放熱を効率的に行える点で好ましい。また、金属構造体は、貫通孔を有するが、貫通孔を複数有する構造であることが好ましい。そして、例えば、貫通孔にはグリースが溜まり、流動により不足したグリースを補給する作用を発現する。
【００１４】
一方、金属構造体の貫通孔の配置としては、放熱箇所全面にわたり均一な密度で多数あることが好ましい。貫通孔２の形状は、図１のように、円形（５）、四角形（１）、多角形（３）、ぎざぎざ形状（４）、特殊格子（２）等いずれの形状でもよく、貫通孔２を有する金属構造体１の形状は、格子状（１）、縞状（３）、点線状（２）、ギザギザ状（４）、特殊格子（５）等多様な構造をとることができる。このような格子状の金属構造体を設けることで、樹脂の流動を有る程度維持しながら、粒子の移動を妨げることができる。一方で、貫通孔がない場合、グリースを溜める機能がないため、使用中にグリースが流動するため、界面の熱抵抗が増大する等の問題がある。
【００１５】
流動性を有する樹脂含有部材は、熱伝導率の大きい金属、黒鉛、無機粒子を含むオイル、ロウ、樹脂等からなる放熱グリース、オイル、ロウ、高分子成分等からなる樹脂などが挙げられる。放熱性を改善した放熱グリースが熱伝導率を改善できる点で好ましいが、金属構造体が熱伝導を改善するので、流動性を有する樹脂含有部材は熱伝導率の大きい金属、黒鉛、無機粒子を含まないオイル、ロウ、高分子成分などからなる樹脂単体でも良い。この場合、高い凹凸追従性とコストの低減を図ることができる。オイルとしては、シリコーンオイル等が好ましく、ロウとしては石油ワックス、カルナバロウ等の各種合成、天然ロウ成分などが挙げられる。また、高分子成分としては、アクリルゴム、ポリエチレン、シリコーン樹脂等が挙げられる。
【００１６】
流動性を有する樹脂含有部材は、予め、放熱部材の接合箇所にディスペンスした後、金属構造体をおき、接合してもよい。あるいは、金属構造体に流動性を有する樹脂含有部材を含浸させ、それを必要な大きさにカットし、放熱部材の接合箇所に設置するという工法をとってもよい。従って、本発明の放熱部材３は、図２に示したように、金属構造体１の表面及び貫通孔２に、流動性を有する樹脂含有部材４が付着し、金属構造体１全体を被覆する形態をとってもよい。この場合、組立メーカにおいて、流動性を有する樹脂含有部材をディスペンスする工程がないため、工程が簡略になる点で好ましい。なお、粘度が高いと、流動せず、金属構造体と被着体との間に樹脂の層が厚く残るため、放熱性が悪化することがあるので、使用時、例えば、使用温度（２５℃）での粘度は１０００Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。
【００１７】
熱伝導率の大きい金属としては、銅、銀、金、ニッケル、アルミ、すず等の金属及び各種合金の粉体などが挙げられる。また、黒鉛としては、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛などがあるが、結晶性が高いものが好ましい。無機粒子としては、熱伝導性向上を目的とする場合は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、結晶性シリカ、非晶性シリカ等が好ましい。溶融粘度の調整やチクソトロピック性の付与の目的には、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、アルミナ、結晶性シリカ、非晶性シリカ等が好ましい。
【００１８】
放熱部材の厚みは、金属構造体の厚さと表面に付着した流動性を有する樹脂含有部材の厚さの和になるが、流動性を有する樹脂含有部材は使用時に流動するので、金属構造体の厚さを一定の範囲に規定することが好ましい。例えば、金属構造体の厚さは１０〜５００μｍが好ましいが、これに限定されるものではない。より好ましくは２０〜２００μｍである。金属構造体の厚さが、１０〜５００μｍの範囲にあると、応力緩和効果が保たれ、コスト競争力にも優れる。
【実施例】
【００１９】
以下に本発明を、実施例を用いて具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
パターン幅５０μｍ、厚さ３５μｍ、パターン間の距離７０μｍの格子状銅パターンを形成した。その際のパターン厚さのばらつきは±３μｍであった。なお、パターンはパターンめっき法により形成した（ＳＵＳ板の所定部分にダイヤモンドライクカーボンの絶縁レジストを設け、一部のみ、下地の金属板が露出するようにした版を用意し、その後、銅電界めっきで下地の金属板が露出する箇所に金属３５μｍ厚になるように形成し、さらに、その金属を剥離して所定形状の金属構造体（金属部材）を形成した）。
【００２０】
この格子状銅パターン（金属構造体）に、流動性を有する樹脂含有部材としてアルミナ粒子（昭和電工株式会社製ＡＳ−５０、６０体積％含有）とシリコーンオイルからなる放熱グリースを塗布した。放熱グリースは、格子状銅パターンの貫通孔を埋めており、また、銅パターンを覆っており、銅パターンを含む放熱部材の厚さは６０μｍであった。これを放熱フィンと放熱銅板を表面露出する半導体パッケージの間にはさみ、良く密着するように左右に半導体パッケージをずらしながら荷重（９．８Ｎ）をかけ密着させた。このときの放熱部材の厚さは４５μｍであり、一部の放熱グリースは端部にはみ出していた。半導体パッケージに電流を印加し、半導体パッケージに取り付けた熱電対の温度上昇と電流、電圧から計算した電力量から、熱抵抗を算出した。このときの熱抵抗は０．２℃／Ｗであった。また、１分間１０Ｗの電力印加を行い、１分間電力を遮断する過程を１０００回繰り返した後、熱抵抗を測定したところ、このときの熱抵抗は０．２℃／Ｗであった。
【００２１】
（比較例１）
前記の格子状パターン（金属構造体）を使用せず、放熱グリースのみが厚さは４５μｍになるように放熱フィンと放熱銅板を表面露出する半導体パッケージの間に挟んだほかは、実施例と同様にして試料を作製した。この、半導体パッケージに取り付けた熱電対の温度上昇と電流、電圧から計算した電力量から、熱抵抗を算出した。このときの熱抵抗は０．６℃／Ｗであった。また、１分間１０Ｗの電力印加を行い、１分間電力を遮断する過程を１０００回繰り返した後、熱抵抗を測定したところ、このときの熱抵抗は１．５℃／Ｗであった。
【００２２】
以上説明したように、本発明の放熱部材は、応力緩和性と放熱性を両立することで、ヒートサイクルを経た後も安定した放熱性を維持できる。また、加圧などのプロセスが不要であるため、実装部品上などに容易に放熱部材を接着できる。
【符号の説明】
【００２３】
１：金属構造体（金属部材）、２：貫通孔、３：放熱部材、４：樹脂含有部材。
【図１】
2015133376.tif 000003
【図２】
2015133376.tif 000004