(57)【要約】【課題】ヒートシンク自体の大きさを抑え、かつ簡単な構成とした電子部品用ヒートシンクおよびその製造方法を提供することである。【解決手段】電子部品用ヒートシンク１０は、電子部品１１と接触する面を備えた熱伝導部材１２と、熱伝導部材１２に接合された放熱フィン１３と、熱伝導部材１２と接合する部位を除いて放熱フィン１３のほぼ全体を覆って一体化されて放熱フィン１３に蓄えられた熱を吸収して大気中に発散させる熱伝導樹脂１４とを有する。放熱フィン１３のほぼ全体が熱伝導樹脂１４で覆われるので、吸熱により電子部品１１を冷却できる。冷却効果を高めるために放熱フィン１３を大きくする必要が無いので、ヒートシンク１０自体の大きさが抑えられる。放熱フィン１３を熱伝導樹脂１４で覆えばよいので、簡単に構成できる。樹脂（熱伝導樹脂１４）で形成するので、金属で形成する場合に比べて軽量化できる。【選択図】図１
2009302302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品と接触する面を備えた熱伝導部材と、
前記熱伝導部材に接合された放熱フィンと、
前記熱伝導部材と接合する部位を除いて前記放熱フィンのほぼ全体を覆って一体化され、前記放熱フィンに蓄えられた熱を吸収して大気中に発散させる熱伝導樹脂とを有する電子部品用ヒートシンク。
【請求項２】
請求項１に記載した電子部品用ヒートシンクであって、
放熱フィンの断面形状を櫛状または梯子状に形成する電子部品用ヒートシンク。
【請求項３】
請求項１または２に記載した電子部品用ヒートシンクであって、
熱伝導部材および放熱フィンのうちで一方または双方は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成する電子部品用ヒートシンク。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載した電子部品用ヒートシンクであって、
熱伝導部材は電子部品のヒートスプレッダに接触させる電子部品用ヒートシンク。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載した電子部品用ヒートシンクであって、
熱伝導樹脂と放熱フィンとは、表面に有機薄膜を形成した放熱フィンを熱伝導樹脂に対してインサートし、成型中に熱伝導樹脂と放熱フィンとの接触面で界面結合を起こして接合する電子部品用ヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比較的短時間で発熱量が多くなる半導体装置等のような電子部品から熱を吸収して発散させる電子部品用ヒートシンクおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、支柱の垂直断面形状を支柱の長手方向の各断面において同一形状とし、当該支柱の側面にピン状フィンを備えた電子部品用ヒートシンクの一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。また、冷媒を用いて間接的に電子部品を冷却する半導体素子用放熱構造体の一例が開示されている（例えば特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２００１−３２６３０７号公報
【特許文献２】特開２００１−１６８２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１の電子部品用ヒートシンクについて冷却効果を高めようとすると、ピン状フィンの数を多くしたり、放熱するための表面積を大きく確保する必要がある。この場合、ヒートシンク自体が大きくなるという問題がある。
また、ヒートシンクのみを空気冷却しようとしても、熱を大気中に発散する速さには限界がある。すなわち、電子部品から吸収できる熱量は大気中に発散可能な熱量にほぼ等しい。したがって、大気中に発散可能な熱量を超えて電子部品から熱を吸収することができないという問題がある。
【０００４】
ヒートシンクの大きさを抑え、かつ大気中に発散可能な熱量を超えて電子部品から熱を吸収するには、特許文献２のように冷媒を用いればよい。ところが、冷却効果を維持するには冷媒の温度を維持するための機構（例えば特許文献２の図９に表すラジエータ等）が必要となる。したがって、ヒートシンクの構成が複雑になるという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、比較的短時間で発熱量が多くなる電子部品について冷却効果を高めるため、ヒートシンク自体の大きさを抑え、かつ簡単な構成とした電子部品用ヒートシンクおよびその製造方法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】
【０００６】
（１）課題を解決するための手段（以下では単に「解決手段」と呼ぶ。）１は、電子部品用ヒートシンクであって、電子部品と接触する面を備えた熱伝導部材と、前記熱伝導部材に接合された放熱フィンと、前記熱伝導部材と接合する部位を除いて前記放熱フィンのほぼ全体を覆って一体化され、前記放熱フィンに蓄えられた熱を吸収して大気中に発散させる熱伝導樹脂とを有することを要旨とする。
【０００７】
「電子部品」は通電時や稼働時に発熱する発熱体であれば任意であり、例えばトランジスタ，ＩＣ，ＬＳＩ，ＣＰＵ等のような半導体装置が該当する。
「熱伝導部材」および「放熱フィン」は熱を伝導したり放熱する部材であれば、材質は任意である。すなわち、金属には限定されず、樹脂その他の材質であってもよい。
「電子部品」と「熱伝導部材」との界面は、熱伝導グリスを用いて密着させる構成としてもよく、熱伝導部材の上面に絶縁膜を形成してさらに電子部品の回路を形成する構成としてもよい。
「熱伝導樹脂」は熱を吸収して大気中に発散させる樹脂であれば任意である。例えば、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ），液晶ポリマー（ＬＣＰ），ポリエーテルイミド（ＰＥＩ），ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ），ポリアミド（ＰＡ），ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ），アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体（ＡＢＳ），アクリロニトリル・スチレン共重合体（ＡＳ）等の樹脂が該当する。
「放熱フィン」と「熱伝導樹脂」との界面は、材質が異なる場合に線膨張係数の差を吸収するような接着剤で接着してもよく、表面に有機薄膜を形成した放熱フィンと熱伝導樹脂との接触面で界面結合を起こして接合してもよい。
【０００８】
解決手段１によれば、電子部品で発生した熱はまず熱伝導部材に伝わり、さらに放熱フィンに伝わる。この放熱フィンは、熱伝導樹脂によって接合部位を除くほぼ全体が覆われて一体化されているので、大気中に熱を発散するよりも早く吸熱される。言い換えれば、熱伝導樹脂は吸熱量から大気中に発散する熱量を減じた分が蓄積されてゆくので、全体で蓄積可能な熱量に達するまでは吸熱が進行する。よって、熱伝導樹脂全体で蓄積可能な熱量に達するまでは、吸熱により電子部品を冷却することができる。すなわち、比較的短時間で発熱量が多くなる電子部品を冷却するのに最適である。また、冷却効果を高めるために放熱フィンを大きくする必要が無いので、ヒートシンク自体の大きさが抑えられる。さらに、放熱フィンのほぼ全体を熱伝導樹脂で覆えばよいので、簡単な構成とすることができる。そして、熱伝導樹脂に相当する部位を樹脂で形成するので、金属で形成する場合に比べて軽量化することができる。
【０００９】
（２）解決手段２は、解決手段１に記載した電子部品用ヒートシンクであって、放熱フィンの断面形状を櫛状または梯子状に形成することを要旨とする。
【００１０】
解決手段２によれば、放熱フィンの断面形状を櫛状または梯子状に形成することにより、放熱フィンから熱伝導樹脂に熱を伝導できる接触面の面積が増え、接触する部位で熱伝導樹脂に素早く吸熱させることができる。また、櫛状または梯子状の先端部を熱伝導樹脂で覆わずに露出させる構成とした場合には、露出した部位の放熱フィンから熱を直接的に大気中に発散させることができるので放熱効率が向上する。
【００１１】
（３）解決手段３は、解決手段１または２に記載した電子部品用ヒートシンクであって、熱伝導部材および放熱フィンのうちで一方または双方は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成することを要旨とする。
【００１２】
解決手段３によれば、アルミニウムやアルミニウム合金は熱伝導率が高く、軽量（アルミニウムの比重は２．７）である。これらで熱伝導部材や放熱フィンを形成すれば、電子部品の熱を吸収しやすく、軽いヒートシンクを構成することができる。
【００１３】
（４）解決手段４は、解決手段１から３のいずれか一項に記載した電子部品用ヒートシンクであって、熱伝導部材は電子部品のヒートスプレッダに接触させることを要旨とする。
【００１４】
解決手段４によれば、特に半導体装置のパッケージに金属プレート等からなるヒートスプレッダが添付され、当該ヒートスプレッダを通じて半導体装置を冷却することで熱伝導効率を高める傾向にある。よって、熱伝導部材を電子部品のヒートスプレッダに接触（より好ましくは密着）させて、当該電子部品を効率良く冷却することができる。
【００１５】
（５）解決手段５は、解決手段１から４のいずれか一項に記載した電子部品用ヒートシンクであって、熱伝導樹脂と放熱フィンとは、表面に有機薄膜を形成した放熱フィンを熱伝導樹脂に対してインサートし、成型中に熱伝導樹脂と放熱フィンとの接触面で界面結合を起こして接合することを要旨とする。
【００１６】
解決手段５によれば、予め表面に有機薄膜（例えばトリアジンジチオール等）を形成した放熱フィンを、熱伝導樹脂に対してインサートする。金型内では、成型中に熱伝導樹脂と放熱フィンとの接触面で界面結合を起こして接合させる。この界面結合による結合力は、金属と樹脂とを接着剤で接着する結合力よりも強固になる。金属と樹脂とは線膨張係数が相違するために接着剤による接着では剥離する可能性があるのに対し、金属と樹脂との間で界面結合するので剥離しない。したがって、ヒートシンク自体が熱くなったり冷えても放熱フィンと熱伝導樹脂は剥離せず、電子部品の冷却を確実に行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による電子部品用ヒートシンクは、比較的短時間で発熱量が多くなる電子部品について冷却効果を高めるため、ヒートシンク自体の大きさを抑え、かつ簡単な構成とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
まず、図１にはヒートシンクの外観例を斜視図で表し、図２には分解斜視図で表す。図１および図２において、電子部品１１用のヒートシンク１０は熱伝導部材１２，放熱フィン１３，熱伝導樹脂１４などを有する。電子部品１１は例えばトランジスタ，ＩＣ，ＬＳＩ，ＣＰＵ等のような半導体装置が該当し、本例では部品本体１１ａに対してヒートスプレッダ１１ｂが設ける構成となっている。
【００２０】
熱伝導部材１２および放熱フィン１３は、いずれも熱を伝導したり放熱する部材であれば材質は任意である。本例では金属（例えばアルミニウムやアルミニウム合金等）を加工してそれぞれの所定形状に形成する。熱伝導部材１２は電子部品１１（特にヒートスプレッダ１１ｂ）と接触可能な面を有し、電子部品１１との界面は例えば熱伝導グリスを用いて密着させる。放熱フィン１３は当該熱伝導部材１２に接合され、放熱し易くするために断面形状を例えば櫛状に形成する（特に図２を参照）。接合方法は任意であって、例えばハンダ付けやロウ付け等が該当する。放熱フィン１３は、上述したように熱伝導部材１２と接合する部位や、後述するように熱伝導樹脂１４で覆われる部位を除けば露出する。この露出部位（例えば図示する先端部１３ａ）から熱を直接的に大気中に発散させる。
【００２１】
熱伝導樹脂１４は、放熱フィン１３のほぼ全体（すなわち放熱フィン１３と熱伝導部材１２とが接合する部位を除く）を覆って一体化され、当該放熱フィン１３に蓄えられた熱を吸収して大気中に発散させる。この熱伝導樹脂１４は熱を吸収して大気中に発散させる樹脂であれば任意であるが、例えばポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）としては出光興産株式会社製の「ＮＴ−７８３」が適している。なお図２に表す熱伝導樹脂１４は複数の立方体で構成されるように見えるが、先端部１３ａが露出するようにインサート成型で接合した結果を分解斜視図で示したに過ぎない。
【００２２】
熱伝導樹脂１４と放熱フィン１３との接合方法は任意であるが、例えば金型を用いた接合方法がある。具体的には、まず放熱フィン１３の表面に有機薄膜（例えばトリアジンジチオール等）を形成する処理を行う。次に、有機薄膜を形成した放熱フィン１３を熱伝導樹脂１４に対してインサートする。インサート成型中に熱伝導樹脂１４と放熱フィン１３との接触面で有機薄膜が作用して界面結合が起こり、両者が接合する。
【００２３】
上述のように構成されたヒートシンク１０を用いて、電子部品１１が発熱した場合の放熱過程について図３および図４を参照しながら説明する。まず電力（電圧や電流）を供給したり信号を流す等して電子部品１１を稼働させると、図３（Ａ）に表すように電子部品１１自体が熱くなる。こうして電子部品１１で発生した熱は、図３（Ｂ）に表すようにヒートスプレッダ１１ｂを通じて熱伝導部材１２に伝わる。熱伝導部材１２に伝わった熱は、さらに図３（Ｃ）に表すように放熱フィン１３に伝わる。放熱フィン１３に伝わった熱は、図４（Ａ）に表すように熱伝導樹脂１４に伝わる。放熱フィン１３は熱伝導樹脂１４によってほぼ全体が覆われて一体化されているので、大気中に熱を発散するよりも早く吸熱される。言い換えれば、熱伝導樹脂１４は吸熱量から大気中に発散する熱量を減じた分が蓄積されてゆくので、熱伝導樹脂１４の全体で蓄積可能な熱量に達するまでは吸熱が進行する。最終的には図４（Ｂ）に表すように、熱伝導樹脂１４および放熱フィン１３の露出部位（本例では先端部１３ａ）から熱が大気中に発散する。
【００２４】
電子部品１１に対して１００[Ｗ]の電力を３００秒間印加して発熱させる試験を行ってみると、ヒートスプレッダ１１ｂの最高温度は図５の通りになる。図５では左側から順番に、放熱フィン１３および熱伝導樹脂１４に相当する部位（すなわち直方体形状）を金属で構造したヒートシンク（構造α）、図１に表すヒートシンク１０（放熱フィン１３の断面形状が櫛状；構造β）、後述する図６に表すヒートシンク２０（放熱フィン２１の断面形状が梯子状；構造γ）に対応したそれぞれの最高温度を棒グラフで表す。
【００２５】
構造αの最高温度は１２０[℃]であるのに対し、構造βの最高温度は１２５[℃]であり、構造γの最高温度は１１５[℃]である。放熱フィンを金属（例えばアルミダイキャスト）のみで形成すると、構造βでは生じ得る放熱フィン１３から熱伝導樹脂１４への熱伝導ロスが少なくなるため、最高温度が抑えられると考えられる。ところが、構造αの放熱フィンを金型で形成する場合には、およそ１０万ショットの耐久性能しか得られない。
一方、構造β（ヒートシンク１０）を作製する際、金型内で放熱フィン１３を熱伝導樹脂１４に対してインサートして形成する場合には、およそ６０万〜１００万ショットの耐久性能が得られる。すなわち、一面の金型で６倍以上の個数の構造βを作製することができるので、構造αに比べて全体の作製コストを低く抑えることが可能になる。
【００２６】
上述した実施の形態によれば、以下に表す各効果を得ることができる。
（１）電子部品１１用のヒートシンク１０は、熱伝導部材１２と、放熱フィン１３と、熱伝導樹脂１４とを有する構成とした（図１を参照）。この構成によれば、電子部品１１で発生した熱はまず熱伝導部材１２に伝わり、さらに放熱フィン１３に伝わる。この放熱フィン１３は、熱伝導樹脂１４によって接合部位を除くほぼ全体が覆われて一体化されているので、大気中に熱を発散するよりも早く吸熱される。言い換えれば、熱伝導樹脂１４は吸熱量から大気中に発散する熱量を減じた分が蓄積されてゆくので、全体で蓄積可能な熱量に達するまでは吸熱が進行する。よって、熱伝導樹脂１４全体で蓄積可能な熱量に達するまでは、吸熱により電子部品１１を冷却することができる。すなわち、比較的短時間で発熱量が多くなる電子部品１１を冷却するのに最適である。また、冷却効果を高めるために放熱フィン１３を大きくする必要が無いので、ヒートシンク１０自体の大きさが抑えられる。さらに、放熱フィン１３のほぼ全体を熱伝導樹脂１４で覆えばよいので、簡単な構成とすることができる。そして、熱伝導樹脂１４に相当する部位を樹脂で形成するので、金属で形成する場合に比べて軽量化（重量で１０％程度）することができる。
なお、図１の例では１個の電子部品１１を冷却する構成としたが、複数個の電子部品１１を冷却する構成としてもよい。個数が増えるにつれて、ヒートシンク１０を構成する要素（熱伝導部材１２，放熱フィン１３，熱伝導樹脂１４等）を大きくする必要がある。
【００２７】
（２）放熱フィン１３の断面形状を櫛状に形成した（図２を参照）。この構成によれば、放熱フィン１３から熱伝導樹脂１４に熱を伝導できる接触面の面積が増え、熱伝導樹脂１４に素早く吸熱させることができる。また、櫛状の先端部１３ａを熱伝導樹脂１４で覆わずに露出させているので、露出した部位の放熱フィン１３から熱を直接的に大気中に発散させることができるので放熱効率が向上する。
【００２８】
（３）熱伝導部材１２および放熱フィン１３の双方をアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成した。この構成によれば、電子部品１１の熱を吸収しやすく、軽いヒートシンク１０を構成することができる。
【００２９】
（４）熱伝導部材１２は電子部品１１のヒートスプレッダ１１ｂに密着させる構成とした（図１を参照）。この構成によれば、電子部品１１（すなわち半導体装置としての部品本体１１ａ）を効率良く冷却することができる。なお、熱伝導部材１２を電子部品１１のヒートスプレッダ１１ｂに接触させる構成としても冷却することは可能である。
【００３０】
（５）熱伝導樹脂１４と放熱フィン１３とは、表面に有機薄膜を形成した放熱フィン１３を熱伝導樹脂１４に対してインサートし、成型中に熱伝導樹脂１４と放熱フィン１３との接触面で界面結合を起こして接合する構成とした。この構成による界面結合の結合力は、金属と樹脂とを接着剤で接着する結合力よりも強固になる。したがって、ヒートシンク１０自体が熱くなったり冷えても放熱フィン１３と熱伝導樹脂１４は剥離せず、電子部品１１の冷却を確実に行うことができる。
【００３１】
〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。
【００３２】
（１）上述した実施の形態では、放熱フィン１３の断面形状を櫛状に形成した（図２を参照）。この形態に代えて、放熱フィン１３の断面形状を梯子状に形成してもよく、放熱フィン１３からの熱を伝導できる接触面の面積が増えるような他の形状（例えば剣山のような多数の針状部位を備えた形状等）に形成してもよい。
【００３３】
前者の一例を図６に表す。当該図６に表すヒートシンク２０は、熱伝導部材１２，放熱フィン２１，熱伝導樹脂１４などを有する。図１に表すヒートシンク１０との違いは、次の二点である。第１に、放熱フィン２１は放熱フィン１３と異なる形状で形成する。第２に、複数個（図６の例では２個）の電子部品１１を冷却するために、熱伝導部材１２等の平面形状にかかる面積を大きくする。放熱フィン２１の断面形状を梯子状に形成したことにより、熱伝導樹脂１４に熱を伝導できる接触面の面積が増え、熱伝導樹脂１４に素早く吸熱させることができる。また、熱伝導樹脂１４で覆わずに露出する部位（図６では放熱フィン２１の下面部位が相当する）は、当該露出部位から熱を直接的に大気中に発散させて放熱効率を向上できる。このような要因によって、図６に表す構造γに相当するヒートシンク２０は、１個の電子部品１１に対して電力を印加して発熱させた場合の最高温度が他の構造α，βよりも低い１１５[℃]として現れている。
【００３４】
（２）上述した実施の形態では、熱伝導部材１２および放熱フィン１３の双方をアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成した。この形態に代えて、熱伝導部材１２および放熱フィン１３のいずれか一方のみをアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成したり、熱を伝導したり放熱する他の部材で形成してもよい。当該他の部材は、金属には限定されず、樹脂その他の材質であってもよい。いずれにせよ、ヒートシンク１０から熱伝導部材１２および放熱フィン１３を経て熱伝導樹脂１４に熱が伝わり、放熱される。よって上述した実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００３５】
（３）上述した実施の形態では、電子部品１１（具体的にはヒートスプレッダ１１ｂ）と熱伝導部材１２との界面は熱伝導グリスを用いて密着させる構成とした（図１を参照）。この形態に代えて、熱伝導部材１２の上面に絶縁膜を形成し、さらに電子部品１１の回路を形成する構成（すなわち一体化する構成）としてもよい。この構成でも図１と同等の構成になるので、上述した実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００３６】
（４）上述した実施の形態では、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）を用いて熱伝導樹脂１４を形成した。この形態に代えて、熱を吸収して大気中に発散させる他の樹脂を用いて熱伝導樹脂１４を形成してもよい。当該他の樹脂としては、例えば、液晶ポリマー（ＬＣＰ），ポリエーテルイミド（ＰＥＩ），ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ），ポリアミド（ＰＡ），ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ），アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体（ＡＢＳ），アクリロニトリル・スチレン共重合体（ＡＳ）等が該当する。他の樹脂を用いて熱伝導樹脂１４を形成した場合でも、放熱フィン１３から熱を吸収して大気中に放すので、上述した実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００３７】
（５）上述した実施の形態では、放熱フィン１３と熱伝導樹脂１４とは金型内で界面結合を起こして接合する構成とした。この形態に代えて、線膨張係数の差を吸収するような接着剤を用いて接着することで接合する構成としてもよい。界面結合よりは結合力が劣るものの、放熱フィン１３と熱伝導樹脂１４は剥離しがたくなり、電子部品１１の冷却を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ヒートシンクの外観例を表す斜視図である。
【図２】ヒートシンクの構成例を説明する分解斜視図である。
【図３】電子部品が発熱した場合の放熱過程を説明する図である。
【図４】図３に続く放熱過程を説明する図である。
【図５】ヒートスプレッダの最高温度を説明する図である。
【図６】ヒートシンクの他の構成例を表す斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０，２０  ヒートシンク
１１  電子部品
１１ａ  部品本体
１１ｂ  ヒートスプレッダ
１２  熱伝導部材
１３，２１  放熱フィン
１３ａ  先端部
１４  熱伝導樹脂
【図１】
2009302302.tif 000003
【図２】
2009302302.tif 000004
【図５】
2009302302.tif 000005
【図６】
2009302302.tif 000006
【図３】
2009302302.tif 000007
【図４】
2009302302.tif 000008