(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
個々の素子に適用され尚且該素子の一面で接し、該素子から発生するノイズを吸収する複合磁性体であって、該複合磁性体は前記素子の前記一面で接する部分を除く部分に形成した放熱フィンを有し、該放熱フィンを有する前記複合磁性体の全体が熱処理を施した軟磁性体粉末と、有機結合剤とからなることを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
個々の素子に適用され尚且該素子の一面で接し、該素子から発生するノイズを吸収する複合磁性体であって、該複合磁性体は熱処理を施した軟磁性体粉末と、有機結合剤とからなり、さらに前記複合磁性体はヒートパイプを挿入するための挿入孔を有していることを特徴とするヒートシンク。
【請求項３】
前記複合磁性体は、熱伝導性粉末をさらに含み、該熱伝導性粉末は、アルミナ、窒化アルミニウム、立方晶窒化硼素、酸化ベリリウム、絶縁性炭化珪素、熱伝導性強化材のいずれか一種であることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
個々の素子に適用され尚且該素子の一面で接し、ヒートシンクと前記素子との間に設置され、該素子から発生するノイズを吸収する複合磁性体であり、前記複合磁性体は熱処理を施した軟磁性体粉末と、有機結合剤とからなり、さらに前記複合磁性体は前記ヒートシンクに設けられている放熱用のピンを挿入するための貫通穴を有し、該貫通穴は前記ピンを設けた前記ヒートシンク側から前記複合磁性体が前記素子の前記一面へ接する面への方向へ貫通していることを特徴とする放熱シート。
【請求項５】
前記複合磁性体は、熱伝導性粉末をさらに含み、該熱伝導性粉末は、アルミナ、窒化アルミニウム、立方晶窒化硼素、酸化ベリリウム、絶縁性炭化珪素、熱伝導性強化材のいずれか一種であることを特徴とする請求項４に記載の放熱シート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートシンク及び放熱シートに関し、特に、ＩＣ、ダイオード等の半導体素子に用いられるヒートシンク及び、ヒートシンクと組み合わせて用いられる放熱シートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ、ダイオード等の半導体素子は、使用中に温度が上昇すると、性能が低下したり、ひどいときには、破壊したりしていた。
【０００３】
そこで、図２に示すように、冷却手段として、ヒートシンク２１等を用い、接着テープ２を介して、ＩＣパッケージ３に接着させて、発生する熱を放熱し、半導体素子を冷却していた。
【０００４】
又、さらに放熱の効果を上げるため、図５に示すように、ヒートシンク４１とＩＣパッケージ３の間に放熱シート７を挿入していた。
【０００５】
ところで、近年の情報処理の高速デジタル化や信号周波数の高周波化によって、ＩＣ等からの放射ノイズ（輻射ノイズ）が問題となっている。さらに、小型、軽量化によって、部品間の実装密度が高まり、上記の放射ノイズによる電磁干渉が問題となっている。
【０００６】
又、上記のように、放熱にアルミニウム等のヒートシンクを用いているため、これがアンテナとして働き、半導体素子からの放射ノイズ、及び近接する他の部品からの放射ノイズの授受を行い、悪影響を及ぼしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解決し、半導体素子からの発熱を効率よく放熱でき、その上、放射ノイズを抑制できるヒートシンク及び放熱シートを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、個々の素子に適用され尚且該素子の一面で接し、該素子から発生するノイズを吸収する複合磁性体であって、該複合磁性体は前記素子の前記一面で接する部分を除く部分に形成した放熱フィンを有し、該放熱フィンを有する前記複合磁性体の全体が熱処理を施した軟磁性体粉末と、有機結合剤とからなることを特徴とするヒートシンクである。
【０００９】
又、本発明は、個々の素子に適用され尚且該素子の一面で接し、該素子から発生するノイズを吸収する複合磁性体であって、該複合磁性体は熱処理を施した軟磁性体粉末と、有機結合剤とからなり、さらに前記複合磁性体はヒートパイプを挿入するための挿入孔を有していることを特徴とするヒートシンクである。
【００１０】
又、本発明は、前記複合磁性体は、熱伝導性粉末をさらに含み、該熱伝導性粉末は、アルミナ、窒化アルミニウム、立方晶窒化硼素、酸化ベリリウム、絶縁性炭化珪素、熱伝導性強化材のいずれか一種であることを特徴とするヒートシンクである。
【００１１】
又、本発明は、個々の素子に適用され尚且該素子の一面で接し、ヒートシンクと前記素子との間に設置され、該素子から発生するノイズを吸収する複合磁性体であり、前記複合磁性体は熱処理を施した軟磁性体粉末と、有機結合剤とからなり、さらに前記複合磁性体は前記ヒートシンクに設けられている放熱用のピンを挿入するための貫通穴を有し、該貫通穴は前記ピンを設けた前記ヒートシンク側から前記複合磁性体が前記素子の前記一面へ接する面への方向へ貫通していることを特徴とする放熱シートである。
【００１２】
又、本発明は、前記複合磁性体は、熱伝導性粉末をさらに含み、該熱伝導性粉末は、アルミナ、窒化アルミニウム、立方晶窒化硼素、酸化ベリリウム、絶縁性炭化珪素、熱伝導性強化材のいずれか一種であることを特徴とする請求項４に記載の放熱シートである。
【００１８】
従って、本発明により、半導体素子から発生した熱を消散し、さらに半導体素子から発生した輻射ノイズを吸収し、かつ、近傍の他の部品からのノイズを吸収するため、熱による素子の性能低下、破壊がなくなり、その上、放射ノイズによる電磁干渉がなくなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、軟磁性体粉末、有機結合剤及び熱伝導性粉末からなる複合磁性体を、ヒートシンク及び放熱シートに用いたものである。実施の形態は、次のようなものがある。
（１）ヒートシンク又は放熱シート自体を複合磁性体で形成する。必要に応じて貫通孔を設ける。
（２）ヒートシンク又は放熱シートの表面に複合磁性体を設ける。
（３）放熱器のヒートパイプを複合磁性体に埋め込む。
（４）ヒートシンクと半導体素子の間に複合磁性体を挿入する。
【００２０】
本発明のヒートシンク及び放熱シートの形状としては、図１（ａ）、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、板状、コ字状、皿状等のものが使用できる。又、構造としては、図３（ａ）に示すように、複合磁性体５のみからなるもの、又は銅板等の導電板６の表裏面に、一対の複合磁性体５，５を形成したものが使用できる。
【００２１】
軟磁性体粉末には、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金が使用できる。
有機結合剤には、ポリエチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ニトリル−ブタジエン系ゴム等の熱可塑性樹脂あるいはそれらの共重合体、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂等が使用できる。
熱伝導性粉末には、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、立方晶ＢＮ、ＢｅＯ、絶縁性ＳｉＣの他、熱伝導性強化材（カプトン）等が使用できる。
【００２２】
【実施例】
本発明の実施例を以下に詳細に説明する。
【００２３】
（実施例１）
まず、表１の配合比の軟磁性体粉末、有機結合剤及び熱伝導性粉末からなる複合磁性体の層を有する図１（ａ）の形状、図３（ａ）の構造のヒートシンクを作製した。大きさは、３.８×１０.２（ｃｍ）とした。
【００２４】
0003881730.tif 000002
【００２５】
即ち、まず、カップリング処理を施した軟磁性体粉末、有機結合剤及び熱伝導性粉末をニーダーで混練し、平行に配置したロールで圧延し、厚さ０.５ｍｍのシート状の複合磁性体を作製した。次に、得られたシートを２枚張り合わせ、図３（ａ）に示すような構造の厚さ１ｍｍのヒートシンク１ａ（試料１）を得た。
【００２６】
なお、得られた試料を振動試料型磁力計及び走査型電子顕微鏡を用いて解析したところ、磁化容易軸及び磁性粒子の配向方向は、いずれもこの層の面内方向であった。
【００２７】
又、ここで用いた軟磁性体粉末は、Ｏ2分圧２０％のＮ2−Ｏ2混合ガス雰囲気中で気相酸化し、Ａｒ雰囲気中、６５０℃で２時間アニール処理したもので、表面に酸化皮膜が形成されている。
【００２８】
又、同様にして、図３（ｂ）の構造のヒートシンク１ｂ（試料２）を作製した。厚さ０．１８ｍｍの極薄の銅板６の表裏面を、一対の複合磁性体５のシートで挟んで積層して、ロールで圧延して得た。全体の厚さを１ｍｍとした。
【００２９】
又、比較例として、図３（ｃ）の構造のヒートシンク１ｃ（試料３）を作製した。厚さ０．１８ｍｍの極薄の銅板６の表裏面を、ポリフッ化ビニルからなる絶縁体１８のシートを積層して得た。全体の厚さを０．３ｍｍとした。
【００３０】
次に、試料１〜３について、表面抵抗率、透過減衰量、結合減衰量及び放熱量を評価した。
【００３１】
透過減衰量、結合減衰量の測定には、図９に示すように、電磁界波源用発振器１２と電磁界強度測定器１３のそれぞれに電磁界送信用微小ループアンテナ２２、電磁界受信用微小ループアンテナ２３を接続した装置を用いた。透過減衰量は、図９（ａ）に示すように、電磁界送信用微小ループアンテナ２２、電磁界受信用微小ループアンテナ２３との間に試料を位置させて測定した。結合減衰量は、図９（ｂ）に示すように、試料の同一面で、電磁界送信用微小ループアンテナ２２、電磁界受信用微小ループアンテナ２３とを対向させて測定した。電磁界強度測定器１３には、図示しないスペクトラムアナライザ接続されている。周波数１００〜１０００ＭＨｚにおいて、試料が存在しない状態での電磁界強度を基準として測定した。
【００３２】
放熱量は、シリコン系熱伝導性接着テープ（太陽金網社製サームアタッチ）を用い、試料１〜３を半導体素子上に接着し、試料が存在しない状態を基準として、試料温度との差（ΔＴ）で表した。従って、数値が大きいと効果がある。条件は、エアフローなしとした。なお、周囲温度は、２１〜２４℃であった。
【００３３】
0003881730.tif 000003
【００３４】
表２より、本発明のヒートシンク（試料１、２）は、従来（試料３）と比べ、同等以上の特性が得られていることがわかる。又、試料１と２を比べると、試料１は結合減衰量の点で優れ、試料２は、放熱量の点で優れていることがわかる。
【００３５】
以上、図１（ａ）に示すような形状のヒートシンクの例を取り上げたが、形状はこれに限定されず、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示した形状のヒートシンク１ｂ、１ｃも使用できる。ヒートシンク１ｃをＩＣパッケージに実装すると、図２のようになる。
【００３６】
この実施例のヒートシンクは、厚さがないので、電子機器の小型化に寄与することができる。
【００３７】
この実施例では、ヒートシンク自体を複合磁性体で形成したが、アルミニウム製のヒートシンクの表面に、板状あるいはシート状の複合磁性体を貼付する等の手段により設けてもよい。
【００３８】
（実施例２）
実施例１と同様な化合物、配合比で図４に示すような形状のヒートシンクを作製した。構造は、図３（ａ）の構造とした。ヒートシンク３１には、熱が逃げやすいように千鳥状に貫通孔４が設けられている。又、ＩＣパッケージ３の上部を覆うことができる凹部が設けられている。このヒートシンク３１をＩＣパッケージ３上に実装すると、図４（ａ）の状態となる。
【００３９】
この実施例のヒートシンクは、実装高さがあまりとれないような場合に、有効である。
【００４０】
なお、この実施例では、千鳥状に、断面が円状の貫通孔を設けたが、これに限定されない。例えば、格子状に設けてもよいし、断面が角状でもよい。又、図１（ａ）の形状のヒートシンクも使用できる。
【００４１】
（実施例３）
実施例１と同様な化合物、配合比で図５に示すような形状の放熱シートを作製した。構造は、図３（ａ）の構造とした。
【００４２】
図５に示すように、この実施例の放熱シート７は、ＩＣパッケージ３上に、ＩＣパッケージ３とヒートシンク４１の間に挟まれるように、設置して使用する。
【００４３】
この実施例では、放熱シート自体を複合磁性体で形成したが、Ａｌ2Ｏ3等の熱伝導性の基板に、シート状の複合磁性体を貼付する等の手段により設けてもよい。又、図１（ｂ）の形状の放熱シートも使用できる。
【００４４】
（実施例４）
この実施例では、ヒートシンクと一体に組み合わせることができる複合磁性体の例を示す。実施例１と同様な化合物、配合比で図６に示すような形状の複合磁性体を作製した。構造は、図３（ａ）の構造とした。図６に示すように、複合磁性体１５には、ヒートシンク５１の放熱用のピンが挿入できる、断面が円状の貫通孔１４が設けられている。
【００４５】
図６（ａ）に示すように、複合磁性体１５は、ヒートシンク５１と組み合せ、ＩＣパッケージ３とヒートシンク５１との間になるように、ＩＣパッケージ３上に設置して使用する。
【００４６】
又、この実施例では、図１（ａ）の形状の複合磁性体を使用したが、図１（ｂ）の形状も使用できる。
【００４７】
（実施例５）
この実施例では、放熱器と一体に組み合わせることができる複合磁性体の例を示す。実施例１と同様な化合物、配合比で図７に示すような複合磁性体を作製した。図７に示すように、複合磁性体２５には、放熱器８のヒートパイプ９が挿入できるような貫通しない孔を設けた。
【００４８】
図７に示すように、この実施例の放熱器８は、ヒートパイプ９を複合磁性体２５の孔に挿入し、ＩＣパッケージ３上に設置して使用する。
【００４９】
（実施例６）
この実施例では、スイッチング素子に用いられる放熱シート及びヒートシンクの例について示す。実施例１と同様な化合物、配合比で図８（ａ）に示すような放熱シートを作製した。
【００５０】
図８（ａ）に示すように、放熱シート１７は、スイッチング素子１０とともにフィン１６を有するヒートシンク６１にねじ止めして使用する。
【００５１】
又、図８（ｂ）に示すように、ヒートシンク６１の全体を複合磁性体で構成することもできる。
【００５２】
なお、実施例２〜８において、ヒートシンク等を図３（ａ）の構造としたが、図３（ｂ）の構造としても同様の効果が得られる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体素子からの発熱を効率よく放熱でき、その上、放射ノイズを抑制できるヒートシンク及び放熱シートを提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明及び従来のヒートシンクの形状を示す斜視図。図１（ａ）は、板状のヒートシンクの斜視図。図１（ｂ）は、コ字状のヒートシンクの斜視図。図１（ｃ）は、皿状のヒートシンクの斜視図。
【図２】図１（ｃ）のヒートシンクをＩＣパッケージ上に取り付けた状態を示す側面図。
【図３】本発明及び従来のヒートシンクの構造を示す側面図。図３（ａ）は、複合磁性体のみからなる本発明のヒートシンクの側面図。図３（ｂ）銅板と、その両側が複合磁性体からなる本発明のヒートシンクの側面図。図３（ｃ）は、銅板と、その両側にコーティングされた絶縁体からなる従来のヒートシンクの側面図。
【図４】本発明のヒートシンクをＩＣパッケージ上に取り付けた状態を示す側面図及びヒートシンクの平面図。図４（ａ）は、ヒートシンクをＩＣパッケージ上に取り付けた状態を示す側面図。図４（ｂ）は、ヒートシンクの平面図。
【図５】本発明及び従来の放熱シートをＩＣパッケージ上に取り付けた状態を示す側面図。
【図６】ヒートシンクを複合磁性体とともにＩＣパッケージ上に取り付けた状態を示す側面図及び複合磁性体の平面図。図６（ａ）は、ヒートシンクを複合磁性体とともにＩＣパッケージ上に取り付けた状態を示す側面図。図６（ｂ）は、複合磁性体の平面図。
【図７】ヒートパイプの周囲に複合磁性体を設け、ＩＣパッケージ上に取り付けた状態を示す側面図。
【図８】放熱シート及びヒートシンクをスイッチング素子に取り付けた状態を示す斜視図。図８（ａ）は、放熱シートをスイッチング素子に取り付けた状態を示す斜視図。図８（ｂ）は、ヒートシンクをスイッチング素子に取り付けた状態を示す斜視図。
【図９】透過減衰量及び結合減衰量の測定方法を示す説明図。図９（ａ）は、透過減衰量の測定方法を示す説明図。図９（ｂ）は、結合減衰量の測定方法を示す説明図。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１１、２１、３１、４１、５１、６１    ヒートシンク
２    接着テープ
３    ＩＣパッケージ
４、１４    貫通孔
５、１５、２５    複合磁性体
６    銅板
７、１７    放熱シート
８    放熱器
９    ヒートパイプ
１０    スイッチング素子
１２    電磁界波源用発振器
１３    電磁界強度測定器
１６    フィン
１８    絶縁体
２２    電磁界送信用微小ループアンテナ
２３    電磁界受信用微小ループアンテナ
【図１】
0003881730.tif 000004
【図２】
0003881730.tif 000005
【図３】
0003881730.tif 000006
【図４】
0003881730.tif 000007
【図５】
0003881730.tif 000008
【図６】
0003881730.tif 000009
【図７】
0003881730.tif 000010
【図８】
0003881730.tif 000011
【図９】
0003881730.tif 000012