JPH10242354A - 熱伝導部材およびそれを用いた電子装置 - Google Patents

熱伝導部材およびそれを用いた電子装置

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JPH10242354A
JPH10242354A JP9038716A JP3871697A JPH10242354A JP H10242354 A JPH10242354 A JP H10242354A JP 9038716 A JP9038716 A JP 9038716A JP 3871697 A JP3871697 A JP 3871697A JP H10242354 A JPH10242354 A JP H10242354A
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heat
elastic body
electronic device
heat sink
conductive member
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JP9038716A
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Masaharu Miyahara
雅晴 宮原
Kenji Suga
研二 菅
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 取扱いが容易で、高熱伝導性であり、かつ、
発熱素子とヒートシンクとに対する密着性が高く、半導
体パッケージへのストレスが低い熱伝導部材およびそれ
を用いた電子装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 発熱素子と発熱素子の発生熱を放熱する
ためのヒートシンクとを接続する熱伝導部材であって、
弾性体１と、弾性体を密着包囲する高熱伝導性箔２とを
有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発熱素子と発熱素
子の発生熱を放熱するためのヒートシンクとを接続する
熱伝導部材およびその熱伝導部材を用いた電子装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】パワートランジスタ等のディスクリート
素子やＭＰＵ等の集積回路素子など高発熱量の半導体素
子を冷却するため、これらの発熱素子にヒートシンクを
取り付けることが一般に行われている。従来から、発熱
素子とヒートシンクとの密着を良くするため、シリコン
グリス等のペースト状の熱伝導部材やシリコンラバー等
の熱伝導性が良く弾性を有するシート状の熱伝導部材な
どを発熱素子とヒートシンクとの間に挟み込んでいる。
以下、従来の熱伝導部材について説明する。
【０００３】図３は従来の熱伝導部材を用いた電子装置
を示す断面図である。図３において、５は発熱素子とし
ての半導体素子、６は発熱素子５からの発生熱を放熱す
るヒートシンク、７は半導体素子５とヒートシンク６と
の間に挟み込んで密着性を高める熱伝導部材である。熱
伝導部材７の性能として、発熱素子５やヒートシンク６
への高密着性と高熱伝導性とが要求され、従来はシリコ
ングリスやシリコンラバーなどが用いられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のシリコングリスやシリコンラバーなどの熱伝導部材
では、次のような問題点があった。
【０００５】すなわち、シリコングリス等のペースト状
の熱伝導部材は細かい隙間を埋めることができるため熱
伝導性は高いが、液体状であるため、塗布の定量管理を
行う必要があり、また取り外して再取り付けする場合に
追加塗布が必要であり、取扱いが煩雑であるという問題
点を有していた。また、シリコンラバー等の弾性を有す
るシート状熱伝導部材は取扱いは容易で、かつＴＣＰパ
ッケージの半導体素子などのように低強度のパッケージ
へヒートシンクを取り付ける場合でも半導体素子に集中
応力がかからずストレスを与えないというメリットがあ
るが、熱伝導性はシリコングリスなどと比較して低いと
いう問題点を有していた。
【０００６】この熱伝導部材および電子装置では、取扱
いが容易で、高熱伝導性であり、かつ、発熱素子とヒー
トシンクとに対する密着性が高く、半導体パッケージへ
のストレスが低いことが要求されている。
【０００７】本発明は、取扱いが容易で、高熱伝導性で
あり、かつ、発熱素子とヒートシンクとに対する密着性
が高く、半導体パッケージへのストレスが低い熱伝導部
材およびその熱伝導部材を用い冷却性能に優れた電子装
置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】この課題を解決するため
に本発明の熱伝導部材は、発熱素子と発熱素子の発生熱
を放熱するためのヒートシンクとを接続する熱伝導部材
であって、弾性体と、弾性体を密着包囲する高熱伝導性
箔とを有する構成を備えている。
【０００９】これにより、取扱いが容易で、高熱伝導性
であり、かつ、発熱素子とヒートシンクとに対する密着
性が高く、半導体パッケージへのストレスが低い熱伝導
部材が得られる。
【００１０】この課題を解決するための本発明の電子装
置は、半導体素子等の発熱素子と発熱素子の発生熱を放
熱するためのヒートシンクとを有する電子装置であっ
て、発熱素子とヒートシンクとの間に上記熱伝導部材を
挿入した構成を備えている。
【００１１】これにより、上記熱伝導部材を用い冷却性
能に優れた電子装置が得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、発熱素子と発熱素子の発生熱を放熱するためのヒー
トシンクとを接続する熱伝導部材であって、弾性体と、
弾性体を密着包囲する高熱伝導性箔とを有することとし
たものであり、発熱素子からの発生熱は弾性体を介して
ヒートシンクに伝達されると共に高熱伝導性箔を介して
も伝達されるという作用を有する。
【００１３】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、弾性体はニトリルゴム又はシリコンゴ
ムであり、高熱伝導性箔はグラファイト、銅又はアルミ
ニウムの箔であることとしたものであり、熱伝達が弾性
体および高熱伝導性箔を介して良好に行われるという作
用を有する。
【００１４】請求項３に記載の発明は、半導体素子等の
発熱素子と発熱素子の発生熱を放熱するためのヒートシ
ンクとを有する電子装置であって、発熱素子とヒートシ
ンクとの間に請求項１又は２に記載の熱伝導部材を挿入
することとしたものであり、発熱素子からの発生熱は弾
性体を介してヒートシンクに伝達されると共に高熱伝導
性箔を介しても伝達されるという作用を有する。
【００１５】以下、本発明の実施の形態について、図
１、図２を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１による熱
伝導部材を示す構成図であり、図２は図１の熱伝導部材
を用いた電子装置を示す断面図である。図１、図２にお
いて、１はシート状の弾性体、２は弾性体１の周りを包
み込んだ高熱伝導性箔、３はＭＰＵ等の発熱素子である
半導体素子、４はヒートシンクである。
【００１６】以上のように構成された熱伝導部材および
電子装置について、その具体例等を説明する。
【００１７】弾性体１は、ヒートシンク４を半導体素子
３に取り付ける際に半導体素子３にダメージを与えない
ように、半導体素子３とヒートシンク４との間のクッシ
ョンの役割と、隙間を埋めて熱伝導を良くする役割とを
有する。弾性体１としては熱に強いニトリルゴムやシリ
コンゴムなどの材料が望ましい。また、弾性体１は、熱
伝導は高熱伝導性箔２が担うため、必ずしもシリコンゴ
ム等の高熱伝導性を有するものでなくてもよい。
【００１８】高熱伝導性箔２としては、熱伝導異方性を
持つグラファイトシートで、面内方向の熱伝導係数ＴＫ
が４００Ｗ／ｍＫ≦ＴＫ＜２０００Ｗ／ｍＫであり、厚
さ方向が面内方向よりも熱伝導係数が低いものを用い
る。厚さは０．１ｍｍ程度である。また、面方向の熱伝
導を生かすため、図１に示すように、高熱伝導性箔２を
オーバーラップさせて巻き付ける。高熱伝導性箔２とし
ては、弾性体１のクッション性を損なわないような柔軟
性と高い熱伝導性をそなえていれば、銅箔またはアルミ
ニウム箔を用いることも可能である。高熱伝導性箔２は
熱伝導性を考慮した接着剤、両面テープ等で弾性体１に
固定する。
【００１９】ＭＰＵ等の半導体素子３で発生した熱は、
弾性体１を通り、ヒートシンク４に矢印Ａのように伝わ
って放熱されるとともに、高熱伝導性箔２を通して側面
からも矢印Ｂのように伝導される。半導体素子３と弾性
体１との間および弾性体１とヒートシンク４との間に高
熱伝導性箔２があるが、箔状で極めて薄いため密着性は
阻害されず、かつ、高熱伝導性であるため、矢印Ａ方向
の熱伝導は高熱伝導性箔２がないときと殆ど同じであ
る。矢印Ｂの経路による熱伝導においては、高熱伝導性
箔２が弾性体１よりも熱伝導が良いため、矢印Ａの弾性
体１を経由する熱伝導よりも多くの熱が伝導される。
【００２０】このように、発熱素子としての半導体素子
３とヒートシンク４との接続に柔軟性のある弾性体１を
用いることにより、密着接続および効率的な熱伝導が可
能であり、また、高熱伝導性箔２を用いることにより、
弾性体１だけの場合に比較して高い熱伝導性が実現さ
れ、半導体素子３の効率的な発熱が可能となる。
【００２１】次に、本実施の形態による熱伝導部材を用
いた電子装置と従来の熱伝導部材を用いた電子装置との
比較実験について説明する。（表１）に、半導体素子３
および半導体素子５としてＭＰＵダミーを用いて半導体
パッケージ表面の温度上昇を計測した結果を示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】（表１）において、上欄（１）は熱伝導異
方性を持つグラファイトシート（厚さ０．１ｍｍ）でニ
トリルゴム（厚さ２ｍｍ、熱伝導率０．２Ｗ／ｍＫ）を
密着して包む込んだ場合の結果を示し、中欄（２）はシ
リコングリス（熱伝導率０．９３Ｗ／ｍＫ）を熱伝導部
材とした電子装置の場合の結果を、下欄（３）はシリコ
ンゴム（厚さ１ｍｍ、熱伝導率１．３Ｗ／ｍＫ）を熱伝
導部材とした電子装置の場合の結果を示す。
【００２４】（表１）の上欄（１）から、熱伝導率がシ
リコンラバーよりも低く厚さが２倍のニトリルゴムを使
用したにもかかわらず、熱伝導異方性を持つグラファイ
トでニトリルゴムを包み込んだことにより、下欄（３）
のシリコンラバーよりも温度上昇は低く、中欄（２）の
シリコングリスを用いた場合とほぼ同等の温度上昇であ
ることがわかる。熱伝導部材に半導体素子３およびヒー
トシンク４を固着する方法は、例えば、半導体素子３上
に熱伝導部材を置き、ヒートシンク４をＰ板（図示せ
ず）にねじ止めし、半導体素子３と熱伝導部材とをヒー
トシンク４とＰ板とで挟み込んで固定する。
【００２５】なお、本実施の形態では、弾性体１として
ニトリルゴムを示したが、弾性体１としてはシリコンゴ
ムでも良い。
【００２６】以上のように本実施の形態によれば、シリ
コングリスを用いないことにより塗布の定量管理や追加
塗布が不要で取扱いが容易であり、高熱伝導性箔２を用
いたことにより高熱伝導性であると共に発熱素子３とヒ
ートシンク４とに対する密着性が高く、また、弾性体１
を用いたことにより半導体パッケージへのストレスが低
くくなる。
【００２７】
【発明の効果】以上のように本発明の熱伝導部材によれ
ば、塗布の定量管理や追加塗布が不要で取扱いが容易で
あると共に、発熱素子からの発生熱が弾性体および高熱
伝導性箔を介してヒートシンクに伝達されることにより
高熱伝導性であり、また、高熱伝導性箔を用いたことに
より発熱素子とヒートシンクとに対する密着性が高く、
さらに、弾性体を用いたことにより半導体パッケージへ
のストレスが低いという有利な効果が得られる。
【００２８】また、弾性体はニトリルゴム又はシリコン
ゴムであり、高熱伝導性箔はグラファイト、銅又はアル
ミニウムの箔であることにより、熱伝達を弾性体および
高熱伝導性箔を介して良好かつ確実に行うことができる
という有利な効果が得られる。
【００２９】さらに、発熱素子とヒートシンクとの間に
上記熱伝導部材を挿入したことにより、上記熱伝導部材
を使用した電子装置を容易に製造することができるとい
う有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による熱伝導部材を示す
構成図
【図２】図１の熱伝導部材を用いた電子装置を示す断面
図
【図３】従来の熱伝導部材を用いた電子装置を示す断面
図
【符号の説明】
１ 弾性体 ２ 高熱伝導性箔 ３ 半導体素子（発熱素子） ４ ヒートシンク

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】発熱素子と前記発熱素子の発生熱を放熱す
    るためのヒートシンクとを接続する熱伝導部材であっ
    て、弾性体と、前記弾性体を密着包囲する高熱伝導性箔
    とを有することを特徴とする熱伝導部材。
  2. 【請求項２】前記弾性体はニトリルゴム又はシリコンゴ
    ムであり、前記高熱伝導性箔はグラファイト、銅又はア
    ルミニウムの箔であることを特徴とする請求項１に記載
    の熱伝導部材。
  3. 【請求項３】半導体素子等の発熱素子と前記発熱素子の
    発生熱を放熱するためのヒートシンクとを有することを
    特徴とする電子装置であって、前記発熱素子と前記ヒー
    トシンクとの間に請求項１又は２に記載の熱伝導部材を
    挿入した電子装置。
JP9038716A 1997-02-24 1997-02-24 熱伝導部材およびそれを用いた電子装置 Pending JPH10242354A (ja)

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