(57)【要約】【課題】取付が簡単で、取付品質に優れるヒートシンクおよびヒートシンクの取付方法を提供する。【解決手段】発熱体１の発熱部２に取付けられるヒートシンク３において、ヒートシンク３側の取付面５ａに、室温で固化状態の熱硬化型熱伝導性接着剤層４を予め設ける。前記熱硬化型熱伝導性接着剤層を構成する接着剤組成物は、エポキシ樹脂１００重量部に対し、芳香族アミン系硬化材２〜５０重量部、錯体アミン系又はイミダゾール系硬化促進剤１〜２０重量部、高熱伝導性フィラー２０〜３００重量部を配合してなる。発熱体１の発熱部２に対しヒートシンク３の取付面５ａを合わせて互いに圧接した状態で、熱を加えて前記熱伝導性接着剤層４を溶融、熱硬化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体の発熱部に取付けられるヒートシンクにおいて、ヒートシンク側の取付面に、室温で固化状態の熱硬化型熱伝導性接着剤層が予め設けられていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
前記熱硬化型熱伝導性接着剤層の、硬化後の厚さが平均５０μｍ以下である、ことを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記熱硬化型熱伝導性接着剤層を構成する接着剤組成物は、エポキシ樹脂１００重量部に対し、芳香族アミン系硬化材２〜５０重量部、錯体アミン系又はイミダゾール系硬化促進剤１〜２０重量部、高熱伝導性フィラー２０〜３００重量部を配合してなる、ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記高熱伝導性フィラーは、平均粒径２０μｍ以下のアルミニウム粉または銅粉である、ことを特徴とする請求項３記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記接着剤組成物にカーボンブラックを２〜２０重量部添加する、ことを特徴とする請求項３または請求項４記載のヒートシンク。
【請求項６】
発熱体の発熱部にヒートシンクを取付ける取付方法において、ヒートシンク側の取付面に、室温で固化状態の熱硬化型熱伝導性接着剤層を予め設けておき、発熱体の発熱部に対しヒートシンクの取付面を合わせて互いに圧接した状態で、熱を加えて前記熱伝導性接着剤層を溶融、熱硬化させることを特徴とするヒートシンクの取付方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路や半導体デバイス等の発熱体の冷却に用いられるヒートシンクおよびヒートシンクの取付方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器においては半導体等の電子部品の高集積化、動作クロックの高周波数化等に伴う発熱量の増大に対して、電子部品の正常動作の為に、それぞれの電子部品の接点温度を動作温度範囲内に如何に保つかが大きな問題となってきている。特に、半導体等のマイクロプロセッシングユニット（以下、ＭＰＵと略す）の高集積化、高周波数化はめざましく、動作の安定性、また動作寿命の確保などの点からも放熱による半導体冷却が重要な問題となってきている。
【０００３】
一般に、電子機器からの放熱は、放熱面積を広げ、空気等の冷媒と効率よく熱を交換させるためのヒートシンクによる自然空冷や、このヒートシンクに空気などの冷媒を強制的に送り込むためのモータ付きのファンとを組み合わせた冷却装置による強制空冷によりなされる。
【０００４】
ところで、ヒートシンクを発熱体の発熱部分に取付ける方法としては、ねじ止め等により機械的に固定したり、熱伝導粘着シートや熱伝導性両面接着テープで固定する等の方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−１１４５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の取付方法は、以下の問題が生じていた。
（１）ねじ止め等による機械的なヒートシンクの固定
予め、ねじ穴加工を行なう必要があり、集積度の高い集積回路および半導体デバイスの周囲にねじ穴加工する面積が必要で、小型化の障害となっていた。また、ねじ止めによる締付力により前記集積回路等に機械的ストレスが生じ、締付力が均等でない場合には、破損に至る問題もある。さらに、両者の間に空気隙間層ができる場合があり、熱拡散を改善するためサーマルグリス等の加工を必要とする。
（２）熱伝導性粘着シート等によるヒートシンクの取付け
（１）で述べた機械的ストレスの問題はないが、シート切断、貼り合わせ作業等、手間が掛かる問題がある。また、シート自体値段が非常に高い。さらに、シート厚みが通常２３０μ以上あり、熱抵抗が大きく、熱伝導性が悪い。
（３）調合した樹脂接着剤によるヒートシンクの取付け
一般に二液を混合して、調合された熱伝導性接着剤を取付面に塗布した後に、室温で硬化するが、二液を混合する際の秤量のバラツキによる品質のバラツキや、二液を混合した後の接着剤の経時変化による品質の劣化（反応進行による粘度の増加と接着力の低下）の問題などがあり、取付品質の安定性に欠ける。また、清掃、希釈等で有機溶剤等を一般的に使用することから廃棄上の制約があり、環境的にも問題がある。
【０００６】
本発明は、以上述べた従来の取付け方法の問題点を解決しようとするもので、取付が簡単で、取付品質に優れるヒートシンクおよびヒートシンクの取付方法を提供すること、取付コストが安いヒートシンク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】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明に係る請求項１のヒートシンクは、発熱体の発熱部に取付けられるヒートシンクにおいて、ヒートシンク側の取付面に、室温で固化状態の熱硬化型熱伝導性接着剤層が予め設けられていることを特徴とする。
【０００８】
ヒートシンク側の取付面に、室温で固化状態の熱硬化型熱伝導性接着剤層を予め設けるから、発熱体の発熱部にヒートシンクを取付けるにあたり、室温で固化状態の熱硬化型熱伝導性接着剤層を熱硬化させるだけでよく、取付が簡単である。
また、熱硬化型熱伝導性接着剤層は室温で固化状態であるため、室温下でその経時変化が殆どなく（主剤と硬化材の反応が抑制される）、熱伝導性接着剤層の品質安定性に優れ、熱硬化後の接着強度に優れる。その結果として、取付品質に優れるヒートシンクが得られる。
【０００９】
同熱伝導性接着剤層は、所定の温度の熱を加えることで溶融し、熱硬化により、発熱体の発熱部に対しヒートシンクの取付面を接着する機能をもつ。また、室温下で熱伝導性接着剤層がべたつかず、取扱性にも優れる。
【００１０】
前記熱伝導性接着剤層は、熱硬化型熱伝導性接着剤を溶剤で溶かし、ヒートシンクの取付面に予めスクリーン印刷等する。ヒートシンクの取付時に接着剤を直接塗布する方法に比べ、廃棄する接着剤、有機溶剤も皆無である。
【００１１】
前記接着剤層を熱硬化させるにあたり、ヒートシンクの取付面を発熱体の発熱部の取付面に合わせて、所定の荷重を掛けて両面を圧接すれば、熱伝導性接着剤層の硬化後の厚さを平均５０μｍ以下に薄くできる。荷重としては、３００ｇ／ｃｍ２以上あれば十分であり、この程度の荷重であれば、熱硬化後の応力破壊のおそれはない。
【００１２】
本発明に係る請求項２のヒートシンクは、前記熱硬化型熱伝導性接着剤層の、硬化後の厚さが平均５０μｍ以下であることを特徴とする。接着剤層の硬化後の厚さが平均５０μｍ以下であることにより、熱抵抗を非常に低いものとすることができる。
【００１３】
本発明に係る請求項３のヒートシンクは、熱硬化性熱伝導性接着剤組成物が、エポキシ樹脂１００重量部に対し、芳香族アミン系硬化材２〜５０重量部、錯体アミン系又はイミダゾール系硬化促進剤１〜２０重量部、高熱伝導性フィラー２０〜３００重量部を配合してなることを特徴とする。
【００１４】
硬化剤に芳香族アミン系を用い、また、硬化促進剤に錯体アミン系又はイミダゾール系を用いたので、室温下で固化状態の熱硬化型熱伝導性接着剤を半年間以上反応進行を抑制できる。さらに、高熱伝導性フィラーを配合したので、接着剤層の熱伝導性を飛躍的に向上させることができる。この高熱伝導性フィラーとしては、請求項４に記載のごとく、平均粒径２０μ以下の、不定形又は球形のアルミニウム粉または銅粉を用いることが望ましい。また、物性調整のため、無機微粉末を０〜６０重量部添加する。無機微粉末には、酸化チタン、シリカ、亜鉛華等が用いられる。
【００１５】
熱輻射を改善するには、請求項５記載のごとく、熱硬化型熱伝導性接着剤組成物に、カーボンブラックを２〜２０重量部添加するのがよい。
【００１６】
本発明に係る請求項６記載のヒートシンクの取付方法は、ヒートシンク側の取付面に、室温で固化状態の熱硬化型熱伝導性接着剤層を予め設けておき、発熱体の発熱部に対しヒートシンクの取付面を合わせて互いに圧接した状態で、熱を加えてヒートシンクの取付面に設けた熱伝導性接着剤層を溶融、熱硬化させることを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載のヒートシンクの取付方法によると、発熱体の発熱部に対しヒートシンクの取付面を合わせて互いに圧接した状態で、熱を加えて熱伝導性接着剤層を溶融、熱硬化させるから、熱伝導性接着剤層を非常に薄く形成することができ、熱抵抗を格段に低下させることができる。これを容易に実現できる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明に係るヒートシンクは、ヒートシンク側の取付面に、室温で固化状態の熱硬化型熱伝導性接着剤層を予め設けるようにしたから、ヒートシンクの取付にあたり、熱伝導性接着剤層を熱硬化させるだけでよく、取付が簡単で、取付コストも安い。また、室温下での熱伝導性接着剤層の品質劣化が殆どなく品質安定性に優れ、熱硬化後の接着強度、取付品質に優れるという効果を奏する。
【００１９】
また、本発明に係るヒートシンクの取付方法にあっては、熱取付工数の簡素化、取付コストの低廉化を図れるという優れた効果を奏する。また、熱伝導性接着剤層を非常に薄く形成できて、熱抵抗を格段に低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に本発明に係るヒートシンクの最良の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は発熱体の発熱部にヒートシンクを取付けた構造を示す断面図、図３はヒートシンクの取付面に熱硬化型熱伝導性接着剤層を設ける手順を示す図である。図１において、符号１は発熱体、符号３はヒートシンク、符号４は熱硬化型熱伝導性接着剤層を、それぞれ示している。
【００２１】
ヒートシンク３は、平板状のベース部５の上面に多数本の放熱フィン６を立設したもので、ベース部５の裏側の取付面５ａに所定の厚さの熱硬化型熱伝導性接着剤層４がほぼ全面に設けられている。
【００２２】
熱硬化型熱伝導性接着剤層４は、室温で固化状態にあるもので、エポキシ樹脂を主剤とし、芳香族アミン系硬化剤、錯体アミン系又はイミダゾール系硬化促進剤、高熱伝導性フィラーをそれぞれ配合したものである。各材料の配合比としては、エポキシ樹脂１００重量部に対し、芳香族アミン系硬化材２〜５０重量部、錯体アミン系又はイミダゾール系硬化促進剤１〜２０重量部、高熱伝導性フィラー２０〜３００重量部とされ、物性調整のため、無機微粉末が６０重量部を限度として添加される。
【００２３】
図３は、ヒートシンク３のベース部５の取付面５ａに、熱硬化型熱伝導性接着剤層４を設ける手順を示している。
（１）まず、上記材料を所定の配合比で混合し、溶剤で溶かして調合し、熱硬化型熱伝導性接着剤塗料を作る（Ｓ１）。
（２）次に、熱硬化型熱伝導性接着剤塗料をヒートシンク３の取付面５ａ上に５０〜１５０μｍの厚さに印刷する（Ｓ２）。印刷面はヒートシンク３の取付面５ａのほぼ全面を原則とするが、接着樹脂のはみ出しを避ける必要がある場合には、図２の平面図に示すように、印刷面を取付面５ａの周縁部から０．２ｍｍ以上内側に寄せる。
（３）最後に、取付面５ａ上のほぼ全面に熱硬化型熱伝導性接着剤塗料を印刷したヒートシンク３を熱乾燥装置に入れて、熱硬化型熱伝導性接着剤層４を６０℃前後で所定時間、熱乾燥させる（Ｓ３）。
（４）熱乾燥後、熱乾燥装置からヒートシンク３を取り出して、室温下で保管する。熱乾燥後の熱硬化型熱伝導性接着剤層４は、室温で固化状態であり、室温下で経時変化、品質劣化は殆ど生じない。したがって、ヒートシンク３の取扱性に優れる。
【００２４】
上記ヒートシンク３を発熱体１の発熱部２に取付けるには、次のように行なう。
すなわち、発熱体１の発熱部２の取付面２ａに対し、ヒートシンク３の取付面５ａを合わせて互いに圧接した状態で、６５〜１５０℃の熱を所定時間加えて、ヒートシンク３の取付面５ａに設けた熱伝導性接着剤層４を溶融、熱硬化させる。ヒートシンク３の取付面５ａと発熱体１の取付面２ａとを互いに圧接する方法としては、ヒートシンク３および発熱体３の両端を上下からピンチ等でクランプする方法の他、昇降式の荷重装置を用いて、ヒートシンク３を発熱体１に対し所定荷重だけ圧着する方法等が考えられる。加熱手段としては、加熱用オーブンや加熱用ランプ等が用いられる。
【００２５】
熱硬化の際に、荷重を掛けることにより、溶融状態の熱硬化型熱伝導性接着剤層４の厚みが平均５０μｍ以下と非常に薄くなり、その結果、熱硬化後の同熱伝導性接着剤層４の熱抵抗が非常に低くなる。また、同熱伝導性接着剤層４には高熱伝導性フィラーとしてアルミニウム粉または銅粉を配合するから、同熱伝導性接着剤層４の熱伝導性が飛躍的に高まる。
【００２６】
図４は、本発明に係るヒートシンクの別の実施形態であり、原則として５０ｍｍ角を超える大型ヒートシンクを想定している。ヒートシンクは放熱のため金属でできている。これに対し、発熱体である集積回路あるいは半導体デバイスの樹脂部分はエポキシ樹脂等の物性に近い。これらの両材質間では膨張係数、弾性率等が大幅に異なるので、原則として５０ｍｍ角を越える大型ヒートシンクについては、図３に示すように、ヒートシンク７の取付面７ａに、前記実施形態で述べた配合比の熱硬化型熱伝導性接着剤層４（銅粉、アルミニウム粉の金属フィラーを添加したもの）を設け、その上に、可撓性を有する熱硬化型熱伝導性接着剤層８を積層したものである。可撓性を有する熱硬化型熱伝導性接着剤層８は、可撓性エポキシ樹脂を主剤とし、芳香族アミン系硬化材、錯体アミン系またはイミダゾール系硬化促進剤を配合し、金属フィラーの替わりに、無機微粉末のみを最大４００重量部添加したものである。下層の熱硬化型熱伝導性接着剤層４を５０〜１５０μｍの厚さに印刷して乾燥させた後、上層の熱硬化型熱伝導性接着剤層８を５０μｍの厚さに印刷して乾燥させることにより室温で固化状態とする。
【００２７】
本実施形態のヒートシンク６によると、熱硬化型熱伝導性接着剤層４の上に可撓性を有する熱硬化型熱伝導性接着剤層８を積層したから、膨張係数、弾性率等の違いによる５０ｍｍ角を越える大型ヒートシンクの、応力によるストレスを緩和することができる。
【実施例】
【００２８】
本発明者は、表１に示す材料、配合比で得られた熱硬化型熱伝導性接着剤を、アルミニウム板に対し、塗布厚さ１００μｍ、１ｃｍ角の面積に塗布し、８０℃で５時間乾燥させた。室温下では塗布面は固化状態を保っていた。この試料を２ｃｍ角のアルミニウム板に２００ｇ／ｃｍ２の荷重を掛け、１２０℃で１時間熱硬化させた。熱硬化後の熱伝導性接着剤層の平均厚さは約１０μｍであった。それらを初期、耐熱後、煮沸後にせん断強度を測定した。測定結果を表２に示す。なお、測定試料は５つ、耐熱条件は２００℃の１時間放置、煮沸条件は１００℃の水中１時間放置とした。
【表１】
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【表２】
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【００２９】
表２から分かるように、実施例によると、試料の平均せん断強度（接着強度）は、初期、耐熱後、煮沸後のいずれも４Ｎ／ｍｍ２以上と非常に高く、従来の熱伝導性両面接着テープのせん断強度が約２Ｎ／ｍｍ２であるのに対し、約２倍強度があることが確認できた。また、熱伝導率については、９５〜１０５Ｗ／ｋｍと非常に高く、従来の熱伝導性両面接着テープ（厚さ０．２８μｍ）の熱伝導率が５Ｗ／ｋｍであるのに対し、約２０倍の改善率が確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明に係るヒートシンクは、発熱体の発熱部に対する取付が簡単で、取付後の接着強度も高いヒートシンクとして有効に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態を示すもので、ヒートシンクを発熱体の発熱部に取り付けた構造を示す側面図である。
【図２】ヒートシンクの取付面に熱硬化型熱伝導性接着剤層を設けた状態を示す平面図である。
【図３】ヒートシンクの取付面に対し熱硬化型熱伝導性接着剤層を設ける手順を示す図である。
【図４】本発明の別の実施形態を示すもので、ヒートシンクの取付面に配合の異なる２つの熱硬化型伝導性接着剤層を積層した状態を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  発熱体
２  発熱部
２ａ、５ａ、７ａ  取付面
３、７  ヒートシンク
４、８  熱硬化型熱伝導性接着剤層
５  ベース部
６  放熱フィン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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