(57)【要約】【課題】多孔質基材に熱伝導性フィラーおよび流動物を含有させてなるシート部材を、電子部品の放熱面と冷却部材との間に介在させた電子装置において、放熱面直下に位置するシート部材の直下部における熱伝導性向上に適した構成を実現する。【解決手段】シート部材３００は、放熱面１０１よりも平面サイズが大きく、放熱面直下に位置する直下部３１０と、放熱面１０１よりはみ出して電子部品１００とは非接触状態とされているはみ出し部３２０とに区分される。直下部３１０は、はみ出し部３２０よりも厚さが小さくなるように電子部品１００で押しつぶされて、はみ出し部３２０よりも流動物３５０の密度が低くされることにより、熱伝導性フィラー３４０の密度が高いものとされている。直下部３１０と放熱面１０１および冷却部材２００との界面における隙間が、多孔質基材３３０より染み出した流動物３５０により充填されている。【選択図】図１
2015122430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面が放熱の用をなす放熱面（１０１）とされている電子部品（１００）と、
前記放熱面に対向して設けられ前記放熱面に熱伝導可能に接続された冷却部材（２００）と、
前記放熱面と前記冷却部材との間に介在する電気絶縁性且つ熱伝導性を有するシート状のシート部材（３００）と、を備え、
前記電子部品に発生する熱を、前記放熱面から前記シート部材を介して前記冷却部材に放熱するようにした電子装置であって、
前記放熱面は、前記シート部材の一面（３０１）側に荷重を加えた状態で直接接触しており、前記シート部材の他面（３０２）側は前記冷却部材と直接接触しており、
前記シート部材は、シート状に形成され電気絶縁性且つ熱伝導性を有する固体状態の多孔質基材（３３０）と、
この多孔質基材に含有され電気絶縁性且つ熱伝導性を有する固体状態の熱伝導性フィラー（３４０）と、
前記多孔質基材に含浸され電気絶縁性且つ熱伝導性を有する流動状態の流動物（３５０）と、よりなるものであり、
前記シート部材は、前記放熱面よりも平面サイズが大きいものとされることにより、前記放熱面の直下に位置する直下部（３１０）と、前記放熱面よりも外側にはみ出して前記電子部品とは非接触状態とされているはみ出し部（３２０）とに区分されており、
前記直下部は、前記はみ出し部よりも厚さが小さくなるように前記電子部品で押しつぶされて、前記はみ出し部よりも前記流動物の密度が低くされることにより、前記はみ出し部よりも前記熱伝導性フィラーの密度が高いものとされており、
さらに、前記直下部と前記放熱面および前記冷却部材との界面では、当該界面における隙間が、前記多孔質基材より染み出した前記流動物により充填されていることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記シート部材における前記流動物は、シリコーンオイルまたはシリコーンゲルであることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気絶縁性且つ熱伝導性を有するシート部材を介して、電子部品を冷却部材に搭載してなる電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の電子装置としては、たとえば特許文献１に記載のものが提案されている。このものは、一面が放熱の用をなす放熱面とされている電子部品と、当該放熱面に対向して設けられ当該放熱面に熱伝導可能に接続されたヒートシンク等の冷却部材と、当該放熱面と冷却部材との間に介在する電気絶縁性且つ熱伝導性を有するシート状のシート部材と、を備えたものである。
【０００３】
このとき、シート部材は、電子部品の放熱面と冷却部材との両者間にて、当該両者に接触させつつ介在される。そして、このものでは、電子部品に発生する熱を、電子部品の放熱面からシート部材を介して冷却部材に放熱するようにしている。
【０００４】
このようなシート部材としては、従来では、電気絶縁性且つ熱伝導性を有するシリコーン樹脂等を基材とし、この基材に電気絶縁性且つ熱伝導性を有するアルミナやシリカ等の熱伝導性フィラーを含有させたものが採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２５３１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、本発明者は、シート部材として、発泡ポリウレタン等の電気絶縁性且つ熱伝導性を有する多孔質基材と、この多孔質基材に含有された上記熱伝導性フィラーと、この多孔質基材に含浸され電気絶縁性且つ熱伝導性を有するシリコーンオイル等の流動物と、よりなるものを試作した。
【０００７】
この本発明者の試作品としてのシート部材を、電子部品の放熱面と冷却部材との間に介在させれば、シート部材と当該放熱面との界面、および、シート部材と冷却部材との界面における凹凸等による隙間が、多孔質基材より染み出した流動物により充填される。そのため、シート部材と当該放熱面および冷却部材との密着面積が確保され、放熱性の向上が期待できる。
【０００８】
しかし、一般に流動物は、固体より分子密度が低いため、固体状態である熱伝導性フィラーよりも、熱伝導性に劣るものである。そのため、特に放熱性に重要な部分、具体的には電子部品の放熱面直下に位置するシート部材の部分、すなわちシート部材の直下部における熱伝導性を、より確実に高いものとすることが必要となる。
【０００９】
本発明は、上記事情にかんがみてなされたものであり、多孔質基材に熱伝導性フィラーおよび流動物を含有させてなるシート部材を、電子部品の放熱面と冷却部材との間に介在させた電子装置において、放熱面直下に位置するシート部材の直下部における熱伝導性を、向上させるのに適した構成を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、一面が放熱の用をなす放熱面（１０１）とされている電子部品（１００）と、放熱面に対向して設けられ放熱面に熱伝導可能に接続された冷却部材（２００）と、放熱面と冷却部材との間に介在する電気絶縁性且つ熱伝導性を有するシート状のシート部材（３００）と、を備え、電子部品に発生する熱を、放熱面からシート部材を介して冷却部材に放熱するようにした電子装置であって、さらに、以下の特徴を有するものである。
【００１１】
・放熱面は、シート部材の一面（３０１）側に荷重を加えた状態で直接接触しており、シート部材の他面（３０２）側は冷却部材と直接接触していること。
【００１２】
・シート部材は、シート状に形成され電気絶縁性且つ熱伝導性を有する固体状態の多孔質基材（３３０）と、この多孔質基材に含有され電気絶縁性且つ熱伝導性を有する固体状態の熱伝導性フィラー（３４０）と、多孔質基材に含浸され電気絶縁性且つ熱伝導性を有する流動状態の流動物（３５０）と、よりなるものであること。
【００１３】
・シート部材は、放熱面よりも平面サイズが大きいものとされることにより、放熱面の直下に位置する直下部（３１０）と、放熱面よりも外側にはみ出して電子部品とは非接触状態とされているはみ出し部（３２０）とに区分されており、直下部は、はみ出し部よりも厚さが小さくなるように電子部品で押しつぶされて、はみ出し部よりも流動物の密度が低くされることにより、はみ出し部よりも熱伝導性フィラーの密度が高いものとされていること。
【００１４】
・さらに、直下部と放熱面および冷却部材との界面では、当該界面における隙間が、多孔質基材より染み出した流動物により充填されていること。本発明の電子装置は、以上の各点を特徴とするものである。
【００１５】
本発明によれば、シート部材のうち電子部品の放熱面直下に位置する直下部では流動物の密度を低くした分、熱伝導性フィラーの密度を高くできるので、はみ出し部に比べて熱伝導性を高くできる。
【００１６】
また、直下部における放熱面および冷却部材との界面では、当該界面における凹凸による隙間が、多孔質基材より染み出した流動物により充填されているため、熱伝導性の改善が期待できる。よって、本発明によれば、放熱面直下に位置するシート部材の直下部における熱伝導性を、向上させるのに適した構成を実現することができる。
【００１７】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態にかかる電子装置の概略断面図である。
【図２】図１に示されるシート部材の内部構成を平面的に示す図である。
【図３】図１中のシート部材の直下部と、電子部品の放熱面および冷却部材との界面部分を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００２０】
本発明の実施形態にかかる電子装置Ｓ１について、図１〜図３を参照して述べる。この電子装置Ｓ１は、たとえば自動車などの車両に搭載され、車両用の各種装置を駆動するための装置として適用されるものである。
【００２１】
なお、図２では、シート部材３００内部の各部については、透過して示すが、識別の容易化のため、サイズをデフォルメするとともに図１と同一のハッチングを施している。また、図２では、シート部材３００上に位置する電子部品１００の外形、ここではモールド樹脂３０の外形を破線にて示してある。
【００２２】
本実施形態の電子装置Ｓ１は、大きくは、一面が放熱の用をなす放熱面１０１とされている電子部品１００と、放熱面１０１に対向して設けられた冷却部材２００と、放熱面１０１と冷却部材２００との間に介在するシート状のシート部材３００と、を備える。そして、電子部品１００に発生する熱を、放熱面１０１からシート部材３００を介して冷却部材２００に放熱するようにしたものである。
【００２３】
ここで、電子装置Ｓ１においては、冷却部材２００上にシート部材３００、電子部品１００が順に積層されている。これらの固定は、図示しない板バネ等のバネ部材やネジ等の締結部材を用いて、シート部材３００を介して、電子部品１００を、冷却部材２００に荷重を加えて押し付けることにより実現されている。
【００２４】
電子部品１００は、一面１１と他面１２とが表裏の板面の関係にある金属板１０と、金属板１０の一面１１に搭載された実装部品２０と、金属板１０の他面１２を露出させつつこれら金属板１０および実装部品２０を封止するモールド樹脂３０と、を備える。つまり、本実施形態の電子部品１００は、いわゆるモールドパッケージとして構成されたものである。
【００２５】
金属板１０は、ＣｕやＦｅ等の放熱性に優れた金属よりなり、いわゆるヒートシンクあるいはヒートスプレッダと言われるものである。典型的には、金属板１０は矩形板状をなすものである。
【００２６】
また、実装部品２０は駆動時に発熱し、放熱を必要とするものであればよい。このような実装部品２０としては、たとえば、ＭＯＳトランジスタやＩＧＢＴ等のパワー素子等が挙げられる。この実装部品２０は、はんだやＡｇペースト等のダイボンド材４０を介して金属板１０の一面１１に搭載され、固定されている。
【００２７】
この実装部品２０は、たとえば図示しないリード端子等に対して、ワイヤボンディング等により接続されてパッケージ外部と電気的接続が行われるようになっている。たとえば、このようなリード端子は、モールド樹脂３０によって一部封止された形で設けられた、インナーリードとアウターリードとを有する典型的なものである。
【００２８】
モールド樹脂３０は、パッケージ本体を区画するものであり、たとえば金属板１０の板厚方向と同一方向を板厚方向とする板状のものである。このモールド樹脂３０は、金属板１０の他面１２を露出させつつ、金属板１０の一面１１および金属板１０の側面を実装部品２０とともに封止している。
【００２９】
このようなモールド樹脂３０は、たとえばエポキシ樹脂等の通常のモールド材料よりなり、トランスファー成形やコンプレッション成形等により形成されたものである。なお、典型的には、モールド樹脂３０は矩形板状である。
【００３０】
そして、本実施形態においては、電子部品１００の一面が、電子部品１００における放熱の用をなす放熱面１０１として構成され、この電子部品１００の放熱面１０１が、シート部材３００に正対しシート部材３００の一面３０１側に荷重を加えた状態で直接接触している。
【００３１】
具体的には、モールド樹脂３０より露出する金属板１０の他面１２、および、モールド樹脂３０の下面３１により、電子部品１００の放熱面１０１が構成されている。ここで、モールド樹脂３０の下面３１は、金属板１０の他面１２の外側に位置し金属板１０の他面１２とともにシート部材３００に正対する面である。つまり、電子部品１００の放熱面１０１とは、電子部品１００の表面のうちシート部材３００に直接接触してシート部材３００に押し付けられている部分である。
【００３２】
なお、図１の例では、当該放熱面１０１において、金属板１０の他面１２はモールド樹脂３０の下面３１よりも、シート部材３０側に突出している。しかし、金属板１０の他面１２は、モールド樹脂３０より露出していればよく、モールド樹脂３０の下面３１よりも凹んでいてもよい。さらには、当該放熱面１０１において、これら金属板１０の他面１２とモールド樹脂３０の下面３１とは同一平面であってもよい。
【００３３】
金属板１０の他面１２とモールド樹脂３０の下面３１との位置関係が上記のいずれの場合も、本実施形態においては、金属板１０の他面１２およびモールド樹脂３０の下面３１により、電子部品１００の放熱面１０１が構成される。
【００３４】
いずれにせよ、金属板１０の他面１２およびモールド樹脂３０の下面３１は、電子部品１００において、シート部材３００に直接接触してシート部材３００に押し付けられている放熱面１０１とされる。
【００３５】
冷却部材２００は、電子部品１００の放熱面１０１に対向して設けられ、当該放熱面１０１に対してシート部材３００を介して熱伝導可能に接続されている。この冷却部材２００は、電子部品１００の放熱面１０１から受けた熱を冷却するものであり、たとえば内部に冷却水が流れる通路を有する水冷式のものや、フィンを有する空冷式のもの、あるいはヒートシンク等が採用される。また、冷却部材２００におけるシート部材３００の設置面は、典型的には平坦面である。
【００３６】
シート部材３００は、電子部品１００の放熱面１０１と冷却部材２００との間に介在し、電気絶縁性且つ熱伝導性を有するものである。ここで、シート部材３００の一面３０１が電子部品１００に対向し、シート部材３００の他面３０２が冷却部材２００に対向して冷却部材２００に直接接触して、貼り付けられている。
【００３７】
このシート部材３００は、電子部品１００の放熱面１０１よりも平面サイズが大きいものとされることにより、当該放熱面１０１の直下に位置する直下部３１０と、当該放熱面１０１の外郭よりも外側にはみ出しているはみ出し部３２０とに区分されている。
【００３８】
さらに言えば、シート部材３００の直下部３１０は、電子部品１００の放熱面１０１に正対し当該放熱面１０１に直接接触して荷重を印加されている部分である。一方、シート部材３００のはみ出し部３２０は、当該放熱面１０１から外れており、電子部品１００とは非接触状態とされて、電子部品１００による荷重から開放されている部分である。
【００３９】
このシート部材３００は、シート状の本体を構成する多孔質基材３３０と、この多孔質基材３３０に含有された熱伝導性フィラー３４０と、この多孔質基材３３０に含浸された流動物３５０と、よりなるものである。
【００４０】
多孔質基材３３０は、シート状に形成され電気絶縁性且つ熱伝導性を有する固体状態のものである。この多孔質基材３３０は、いわゆるスポンジのような柔軟性を有するものであり、特に限定するものではないが、たとえばポリウレタン等の多孔質樹脂等よりなるものである。
【００４１】
熱伝導性フィラー３４０は、この多孔質基材３３０に含有されたもので、電気絶縁性且つ熱伝導性を有する固体状態のものである。この熱伝導性フィラー３４０は、特に限定するものではないが、たとえばアルミナ、窒化アルミ、窒化ホウ素等よりなる。
【００４２】
流動物３５０は、多孔質基材３３０に含浸されたもので、電気絶縁性且つ熱伝導性を有する流動状態のものである。ここで、流動状態であるならば、液状でもよいしゲル状でもよい。この流動物３５０は、特に限定するものではないが、典型的には、シリコーンオイル、シリコーンゲル等よりなる。
【００４３】
このようなシート部材３００は、シート状に形成されて熱伝導性フィラー３４０を含有する多孔質基材３３０を、流動物３５０に浸漬して、流動物３５０を多孔質基材３３０に含浸させることにより、形成される。
【００４４】
そして、上述したように、このシート部材３００を介して、電子部品１００の放熱面１０１を冷却部材２００に接触させ、バネ部材や締結部材等により、電子部品１００を冷却部材２００に荷重を加えて押し付けることにより、本実施形態の電子装置Ｓ１ができあがる。
【００４５】
このような電子装置Ｓ１において、本実施形態では、シート部材３００のうち直下部３１０は、はみ出し部３２０よりも厚さが小さくなるように電子部品１００で押しつぶされて、はみ出し部３２０よりも流動物３５０の密度が低くされている。それにより、直下部３１０は、はみ出し部３２０よりも流動物３５０の密度が低くされた分、熱伝導性フィラー３４０の密度が高いものとされている。
【００４６】
ここで、密度とは詳細には単位体積当たりの密度であることはもちろんである。このような密度変化のメカニズムは次の通りである。上記したバネ部材や締結部材を用いて、シート部材３００を介して、電子部品１００を冷却部材２００に押し付けていくと、直下部３１０では、シート部材３００が、多孔質基材３３０自身の柔軟性によって押し潰されていく。
【００４７】
これにより、多孔質基材３３０に含浸されている流動物３５０が直下部３１０からはみ出し部３２０に向かって染み出していくため、直下部３１０における流動物３５０の密度は小さくなり、その分、熱伝導性フィラー３４０の密度が大きくなる。以上が当該メカニズムである。
【００４８】
さらに、本実施形態では、図３に示されるように、シート部材３００の直下部３１０と電子部品１００の放熱面１０１および冷却部材２００との界面では、当該界面における隙間が、多孔質基材３３０より染み出した流動物３５０により充填されている。なお、図３では、放熱面１０１としての金属板１０の他面１２の部分を表している。
【００４９】
シート部材３００の直下部３１０と電子部品１００の放熱面１０１との界面、および、当該直下部３１０と冷却部材２００との界面では、当該放熱面１０１や冷却部材２００の表面における凹凸や反り等により、多孔質基材３３０と当該放熱面１０１、および、多孔質基材３３０と冷却部材２００との間に隙間が発生する。
【００５０】
この隙間の存在により、熱伝導性の低下が懸念されるが、本実施形態では、この界面における隙間は、図３中の矢印に示されるように、多孔質基材３３０から染み出していく流動物３５０によって充填される。そのため、結果的に、シート部材３００の直下部３１０では、シート部材３００と電子部品１００の放熱面１０１、シート部材３００と冷却部材２００とが隙間なく密着することになり、熱伝導性が向上する。
【００５１】
以上、述べたように、本実施形態によれば、シート部材３００の直下部３１０では流動物３５０の密度を低くした分、熱伝導性フィラー３４０の密度を高くできるので、はみ出し部３２０に比べて熱伝導性を高くできる。また、直下部３１０における放熱面１０１および冷却部材２００との界面では、当該界面における凹凸による隙間が、多孔質基材３３０より染み出した流動物３５０により充填されているため、熱伝導性の改善を期待することができる。
【００５２】
よって、本実施形態によれば、電子部品１００の放熱面１０１直下に位置するシート部材３００の直下部３１０における熱伝導性を、向上させるのに適した構成を実現することができる。
【００５３】
（他の実施形態）
なお、上記図１に示される電子部品１００において、モールド樹脂３０が金属板１０の他面１２までも封止した構成であってもよい。この場合、金属板１０の他面１２から当該他面１２を封止するモールド樹脂３０の部分を通ってシート部材３００側へ放熱が行われる。そして、この場合、金属板１０の他面１２がモールド樹脂３０に被覆されているため、電子部品１００の放熱面１０１は、全体がモールド樹脂３０の下面３１により構成されることになる。
【００５４】
また、上記図１に示される電子部品１００においてはモールド樹脂３０が省略された構成であってもよい。この場合、電子部品１００の放熱面１０１は金属板１０の他面１２のみとなり、シート部材３００においては、金属板１０の他面１２の直下が直下部３１０となり、金属板１０の外郭の外側がはみ出し部３２０となる。
【００５５】
また、プリント基板などの配線基板に実装部品を搭載した電子装置でもよい。この場合、配線基板における実装部品の搭載面とは反対側の面が放熱面とされる。
【００５６】
また、たとえば半導体素子を一対の金属板で挟むことで、半導体素子の両面から放熱するようにした両面放熱型の電子部品であってもよい。この場合、一対の金属板のそれぞれについて、上記図１と同様にシート部材３００を介して冷却部材２００を配置するようにすればよい。
【００５７】
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能であり、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５８】
１００  電子部品
１０１  放熱面
２００  冷却部材
３００  シート部材
３０１  シート部材の一面
３０２  シート部材の他面
３１０  シート部材の直下部
３２０  シート部材のはみ出し部
３３０  多孔質基材
３４０  熱伝導性フィラー
３５０  流動物
【図１】
2015122430.tif 000003
【図２】
2015122430.tif 000004
【図３】
2015122430.tif 000005