CN103222046A - 电子电路以及散热部 - Google Patents

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CN103222046A CN2011800543106A CN201180054310A CN103222046A CN 103222046 A CN103222046 A CN 103222046A CN 2011800543106 A CN2011800543106 A CN 2011800543106A CN 201180054310 A CN201180054310 A CN 201180054310A CN 103222046 A CN103222046 A CN 103222046A
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Abstract

本发明的电子电路具备：安装有电子部件的电路基板；层叠于电子部件上的导热膜；以及层叠于导热膜上的散热部，所述散热部具有1010Ω·cm以上的体积电阻率，并且所述散热部由气孔率为15～50体积％的多孔陶瓷构成。

Description

电子电路以及散热部
相关申请的交叉引用
本国际申请要求2010年11月11日在日本专利局提交的日本发明专利申请第2010-253005号以及2011年11月10日在日本专利局提交的日本发明专利申请第2011-246722号的优先权，上述日本发明专利申请的全部内容通过引用而并入本文。
技术领域
本发明涉及一种电子电路，所述电子电路包括安装有电子部件的电路基板，层叠在所述电子部件上的导热膜，以及层叠在所述导热膜上的散热部，本发明还涉及一种可以在该电子电路上使用的散热部。
背景技术
通过在电路基板上安装IC等的电子部件而形成的电子电路中，存在着高效地释放由该电子部件产生的热的课题。对此有人提出了在安装于电路基板上的电子部件的表面上经由具有高导热率的导热膜层叠散热部的方案。由此，由电子部件产生的热能够经由导热膜向散热部侧散失，并从散热部发散该热量。
作为这种散热部，人们通常采用通过铸造或机械加工实施微细加工以使表面面积增加的金属制的散热部，也有人提出采用通过向烧结碳化硅而制得的多孔陶瓷中流入熔融金属液而得到的散热部的方案(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本发明专利第4233133号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，由于上述的散热部全部为导体，当在电子部件的表面上夹着导热膜层叠上述散热部时，夹着为绝缘体的导热膜的两个导体被构成为平行配置。该结构可能导致产生高频噪声。因此，为了避免产生这种高频噪声，可以采取将散热部连接至电路基板的接地电极等的对策，但是，在这种情况下，电子电路的设计将受到限制。
因此，本发明的目的在于，提供一种使用由绝缘体构成的散热部以提高设计自由度的电子电路，以及一种可以用于该电子电路中的绝缘性的散热部。
解决问题的手段
为了达成上述目的而做出的本发明的电子电路具备：安装有电子部件的电路基板；层叠于所述电子部件上的导热膜；以及层叠于所述导热膜上的散热部，所述散热部具有1010Ω·cm以上的体积电阻率，并且所述散热部由气孔率为15～50体积％的多孔陶瓷构成。
在如上构成的本发明的电子电路中，电子部件产生的热经由导热膜向散热部一侧发散，并能够从散热部将该热量散出。
此外，所述散热部由通常被视为绝缘体的具有1010Ω·cm以上的体积电阻率的多孔陶瓷构成。因此，即使不采取与接地电极连接等的对策，也不会产生上述高频噪声。
而且，由于构成该散热部的多孔陶瓷具有15～50体积％的气孔率，其不但轻量还具有优良的放热性，而且加工成任意形状时的加工性也很优良。因此，本发明的电子电路的设计的自由度将极大地被提高。
此外，本发明的散热部具有1010Ω·cm以上的体积电阻率，而且其由气孔率为15～50体积％的多孔陶瓷构成。如上构成的本发明的散热部由通常被视为绝缘体的具有1010Ω·cm以上的体积电阻率的多孔陶瓷构成。
因此，当本发明的散热部经由导热膜层叠在电子部件上时，即使不采取与接地电极连接等的对策，也不会产生上述高频噪声。
而且，由于构成该散热部的多孔陶瓷具有15～50体积％的气孔率，其不但轻量还具有优良的放热性，而且加工成任意形状时的加工性也很优良。
此外，作为上述通常被视为绝缘体的具有1010Ω·cm以上的体积电阻率的多孔陶瓷的原料可以是氧化铝(Al2O3)、硅石(二氧化硅：SiO2)以及氧化锆(ZrO2)等。
本申请的多孔陶瓷的气孔率可以通过向上述氧化铝、硅石等中混合在烧成时将因挥发而消失的烧成时挥发成分，来设定作为目标的气孔率。例如，可以设定：混合作为目标的气孔率的份量的PVA等的烧成时挥发成分，并在成型成应获得的散热部的形状后进行烧成。除此之外，也可以采用以往所公知的制造多孔陶瓷的方法。
当所述多孔陶瓷的气孔率为15体积％以上时，绝缘性变得良好，并可以确保体积电阻率。
另一方面，当所述多孔陶瓷的气孔率为50体积％以下时，由于多孔陶瓷内部绝热性高的空气变少，放热性将会变好。
所述多孔陶瓷的密度也可以为1.6～3g/cm3。在这种情况下，该散热部具有极好的轻量性，能够良好地适用于要求小型轻量化的电子设备的电子电路中。
此外，所述多孔陶瓷也可以由粒径10μm以上的造粒粒子烧结而成，所述造粒粒子至少由二氧化硅、氧化铝、以及碳化硅(SiC)混合而制得。
上述粒径为10μm以上的大粒子，通常作为磨料使用，因为由其所制得的烧结体不致密而不适于作为陶瓷原料。但是，本申请的申请人发现通过将至少由二氧化硅、氧化铝、以及碳化硅混合而制得的粒径10μm以上的造粒粒子进行烧结，能够容易地制造上述多孔陶瓷。
因此，当上述多孔陶瓷通过将至少由二氧化硅、氧化铝、以及碳化硅混合而制得的粒径10μm以上的造粒粒子烧结而制成时，能够适当地降低散热部的制造(原料)成本。
而且，所述造粒粒子的粒径的上限优选为1250μm。由于1250μm以上的粒径的造粒粒子的制造较为困难，此外，成型为所需要形状之后可能会破碎剥落而难以维持形状。因此，造粒粒子的粒径优选在10～1250μm的范围内。
更进一步地，所述碳化硅的平均粒径优选为10μm以上150μm以下。
当上述平均粒径为150μm以下时，具有以下的优点。即，
(1)由上述粒径所制得的多孔陶瓷构成的散热部的绝缘性可以更高。即，由于体积电阻率较高，易于达成并获得1010Ω·cm以上的数值。这是由于当碳化硅的平均粒径超过150μm时，多孔陶瓷的基体内的各碳化硅相接近，各碳化硅之间的间隔距离变短，因此易于通过该碳化硅导电。
(2)上述造粒粒子可以容易地，即，在短时间内造粒。这是因为，如果构成造粒粒子的粒子之一的碳化硅微细的话，则其在该造粒粒子内易于均匀地分散。如上所述，由各原料均匀地分散的造粒粒子可以获得物性稳定的多孔陶瓷，即，散热部。
另一方面，当碳化硅的平均粒径为10μm以上时，(由于其为作为磨料使用的较大的粒子)由于可以廉价地采购原料，因此可易于降低制造(原料)成本。
此外，更进一步地，对于所述二氧化硅以及氧化铝，优选其平均粒径为1μm以上。当其粒径为1μm以上时，由于可以廉价地采购原料，因此可易于降低制造(原料)成本。
另一方面，对于二氧化硅以及氧化铝的平均粒径的上限，当由其所制得的造粒粒子的粒径为10～1250μm时，没有特别的限定。但是，通常优选平均粒径小于10μm。这是因为上述造粒粒子可以容易地，即，在短时间内造粒。
而且，上述造粒粒子通过将上述各种陶瓷的原料、粘合剂等，以例如搅拌、捏合等的方法进行混合来制造。
本发明的散热部的上述多孔陶瓷也可以通过将由60～85重量％的碳化硅以及至少10重量％以上的二氧化硅混合而制得的造粒粒子烧结而成。在这种情况下，具有上述体积电阻率以及气孔率的多孔陶瓷将可更加稳定并且易于制造。
更进一步地，除上述配合之外，当然也可以辅助地添加水、氧化铁等在通常的陶瓷烧结中所使用的物质。
具体而言，当所述碳化硅为60重量％以上时，能够得到更加充分的放热性。这是因为，当导热性优良的碳化硅在基体中呈现较多的状态时，可充分地确保热传导路径，而且二氧化硅和氧化铝相对地减少而使气孔率变高，从而热对流效果也将降低。
另一方面，当所述碳化硅为85重量％以下时，相对介电常数变低，能够确保更高的绝缘性。
当所述二氧化硅为10重量％以上时，由于散热部的强度将增加，因此，例如，即使散热部为因具有许多的突起等而可能会变得脆弱的形状，也能够得到充分的强度。
另一方面，当所述二氧化硅为40重量％以下时，放热性变得更高。这是因为，由于当二氧化硅的含量为40重量％以下时，由于多孔陶瓷烧成时与碳化硅的结合进一步增强而使得气孔径变小，通过气孔内的空气对流而产生的热移动将变差。这意味着，既使多孔陶瓷的气孔率相同，二氧化硅较少的一方的放热性会较高。
此外，也可以将至少1重量％以上的氧化铝与上述碳化硅以及二氧化硅一起混合而制得造粒粒子。
当该氧化铝为1重量％以上时，由于散热部的强度将更进一步地增强，因此，例如，即使散热部为因具有许多的突起等而可能会变得脆弱的形状，也能够得到充分的强度。即，本发明的散热部也可以为如上的具有突起的形状，在本发明中所述的「层叠」只要是至少重叠设置的状态即可。
另一方面，当该氧化铝超过10重量％时，需要留意的是，由于因上述气孔径变小而导致放热性降低的问题将有可能变得明显。
除上所述，上述烧结优选在氧气氛下(例如，大气中)进行。在这种情况下，表面上露出的碳化硅的碳素部分由于氧化生成为二氧化碳而脱离，与此同时，硅元素部分将生成为二氧化硅。
在此，(1)已知二氧化硅具有比碳化硅更高的热放射率。此外，(2)在碳化硅的表面上、由于伴随着脱碳的劣化将会使得每单位重量的表面面积增加。
通过所述(1)和(2)的作用，散热部的放热性将进一步提高。因此，当应用于上述电子电路时，能够更好地防止电子部件的过热。
在本发明的散热部的表面上也可以涂布热放射率为0.9以上的放热性涂料。在这种情况下，能够更进一步地提高散热部的放热性，而且，当应用于上述电子电路时，能够更好地防止电子部件的过热。此外，所述0.9为考虑到碳化硅的热放射率为0.7的情况下适当地设定的比碳化硅的热放射率更高的值。
而且，在此情况下，所述放热性涂料涂布于散热部的整个周面，该散热部的1个面上也可以粘贴导热带。在这种情况下，经由所述导热带可以将该散热部直接粘贴于电子部件上，因此，能够简单地构成在电子部件上夹着作为导热膜的一例的所述导热带层叠散热部的结构。
本发明的散热部的所述多孔陶瓷也可以在气孔内保持具有导热性的液体物质。这种散热部有时经由热传导润滑油或热传导粘合剂等具有导热性的液体物质层叠于电子部件上，由于本发明的散热部由如上所述的多孔陶瓷构成，因此可以在气孔内保持所述液体物质。因此，在这种情况下，可以抑制所述液体物质的液体流挂。
本发明的散热部的厚度可以为0.1～5.0mm。在这种情况下，散热部轻量并且便于使用，因此能够更好地适用于要求小型轻量化的电子设备的电子电路中。
附图说明
图1是示出应用本发明的电子电路的结构的概略断面图。
附图标记的说明
1…电子电路、3…印刷电路板、5…电子部件、10…散热部、11…气孔、13…多孔陶瓷、15…放热性涂料、17…导热带
具体实施方式
接下来，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是示出应用本发明的电子电路1的结构的概略断面图。如图1所示，本实施方式的电子电路1具有众所周知的结构，即，在作为电路基板的一例的印刷电路板3的表面上安装有IC芯片等的电子部件5，在电子部件5的表面上层叠如下的散热部10。
散热部10包括厚度为0.1～5.0mm并具有多数个气孔11的多孔陶瓷13，在该多孔陶瓷13的表面的整个周面上涂布有，如图1中黑线所示的，热放射率为0.9以上的放热性涂料15。此外，在多孔陶瓷13的一个面(层叠在电子部件5上的一侧的面)上的放热性涂料15的上面粘贴导热带17(导热膜的一例)。
在此，多孔陶瓷13可以，例如，按照如下所述的方法制造。即，可以通过称量PVA、水、以及下述的陶瓷原料，在捏合机中混炼并造粒，之后用模具成型，并在大气中以1200℃以上1400℃未满(优选1300℃以上1400℃未满)的低温进行烧结来制造。
而且，陶瓷原料的配合可以为，例如，相对于含有平均粒径150μm以下的碳化硅60～85重量％、二氧化硅10～30重量％、氧化铝1～10重量％的100重量份的原料，配合1重量份以下的氧化铁。通过上述制造方法，可以适当地制得具有1010Ω·cm以上的体积电阻率、密度为1.6～3g/cm3、且气孔率为15～50体积％的多孔陶瓷13。
此外，作为放热性涂料15可以使用，例如，「CT-100」(商品名，okitsumo(オキツモ)制造)等的市场出售品。而且，放热性涂料15优选在确保散热部10的放热性的同时，防止陶瓷粉的脱落，并且优选其涂布厚度约为100m(±10％)。此外，作为导热带17可以使用，向丙烯酸粘附材料中填充氧化铝的带。
如上制造的多孔陶瓷13在烧结时表面的碳化硅将会生成为二氧化硅，与此同时散热部的表面将会劣化。与碳化硅相比，二氧化硅具有较高的热放射率，并且由于劣化而使得多孔陶瓷13的表面面积增加，因此能够进一步提高散热部10的放热性。并且，如图1所示，气孔11在多孔陶瓷13的上表面(与电子部件5相反一侧)上也露出，并且在整个周面上涂布有放热性涂料15，因此散热部10的放热性将会进一步提高。
因此，在电子部件5上夹着导热带17层叠上述散热部10的电子电路1中，电子部件5产生的热经由导热带17向散热部10一侧发散，并能够从散热部10将该热量顺利地散出。
而且，散热部10由通常被视为绝缘体的具有1010Ω·cm以上的体积电阻率的多孔陶瓷13构成。因此，即使不采取与接地电极连接等的对策，也能够防止高频噪声的产生。
并且，由于构成散热部10的多孔陶瓷13具有15～50体积％的气孔率，因此其轻量、密度为1.6～3g/cm3，而且在加工为任意形状时的加工性优良。由此，将极大地提高电子电路1的设计的自由度。此外，散热部10的厚度为0.1～5.0mm，如上所述由于其轻量，因此能够很好地适用于要求小型轻量化的电子设备的电子电路。
此外，更进一步地，由于多孔陶瓷13没有使用为了获得致密的烧结体而使用的高价的10μm未满的微细的碳化硅，此外，由于制造方法也如前面所述易于实施，所以能够降低制造成本。并且，通过上述方法制造的多孔陶瓷13的线膨胀系数约为3～5ppm，具有与陶瓷基板相近的低热膨胀系数，因此也不会向电子部件5施加无益的应力。
而且，本发明并不局限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可以以各种方式实施。例如，即使完全不涂布放热性涂料15也可以，或只在多孔陶瓷13的上表面上涂布也可以，或在多孔陶瓷13的下表面之外的全部表面上涂布也可以。这种散热部10可以经由热传导润滑油或热传导粘合剂等具有导热性的液体物质层叠于电子部件5上，由于散热部10由上述多孔陶瓷13构成，在气孔内可以保持所述液体物质。因此，在这种情况下，能够抑制所述液体物质的液体流挂。而且，当期待该液体流挂抑制效果时，在有些情况下不涂布放热性涂料15，或者，除下表面外涂布放热性涂料15较好。
此外，也可以省略导热带17。在这种情况下，例如，在电子部件5上夹着库鲁普罗巴杜(ク一ルプロバイド，商品名；北川工业株式会社制)等市场上出售的导热膜层叠散热部10。但是，当具有上述导热带17时，则通过经由该导热带17将该散热部10直接粘贴在电子部件5上，能够简单地构成在电子部件5上夹着作为导热膜的一例的所述导热带17层叠散热部10的结构。
(实验例)
以下将具体地示出与本发明中的散热部相关的实验例。
1.按照如表1右侧栏中所示的配合比率(重量％)配合陶瓷原料，并向其中混合所需量的其他成分(相对于100重量份的陶瓷原料的1重量份以下的氧化铁)、以及粘合剂，并且制造具有所需尺寸的粒径的造粒粒子。此外，决定粘合剂的混合量以使得试验体(散热部)具有应获得的气孔率。
2.将所述造粒粒子成型为板状体，并使所述板状体将成为在烧成后的尺寸为20×20×3mm的板状的试验体(散热部)。
3.将所述板状体在大气环境中、1350℃的条件下烧成后获得试验体。
4.通过以下方法测量并评价板状体的操作性(成型性)以及所获得的试验体的气孔率、体积电阻率，以及放热特性。
·操作性(成型性)：在上述2.的阶段中成型为板状体时，能够成型，并且能够在保持着该形状的状态下投入烧成炉中且完成烧成时评价为「○」，(例如，由于破碎剥落)不能成型，或者，虽然能够成型，但是不能投入烧成炉中，或不能烧成时评价为「×」。
·气孔率：使用试验机(制品名：AutoPore IV9500；Micromeritics制)进行测量。
·体积电阻率：使用试验机(制品名：Hirestal；三菱化学制)进行测量。此外，当该值为1×1010Ω·cm未满时评价为「×」，当该值为在1×1010Ω·cm～2×1010Ω·cm的范围内时评价为「△」，当该值为2×1010Ω·cm以上时评价为「○」。
·放热特性：设定热源以使得其表面温度为90℃，在该表面上载置试验体，放置30分钟后用K型热电偶测量稳定的热源的表面温度。然后，以在同样的条件下测量了放热特性的铝板(20×20×3mm)的值降低了20.9℃(69.1℃)作为基准，当降低的温度为20℃未满时评价为「×」、在20～20.9℃的范围内时评价为「△」、20.9℃以上时评价为「○」。
接下来，将所述各项评价综合起来进行综合评价。具体而言，当全部的评价为「○」时，记为「◎」、有一个以上的「△」时，记为「○」、有一个以上的「×」时，记为「×」。
此外，所使用的各种原料如下：
·SiC：制品名：GP1000；信浓电气精炼(株))制(平均粒径12μm)
·″：制品名：GP400；信浓电气精炼(株))制(平均粒径35μm)
·″：制品名：GC100；信浓电气精炼(株))制(平均粒径150μm)
·″：制品名：GC80；信浓电气精炼(株))制(平均粒径180μm)
·SiO2：制品名：氧化硅(IV)，powder，1.0micron，99.9％；和光纯药工业(株)制(平均粒径1μm)
·Al2O3：制品名：AL-43-L；昭和电工(株)制(平均粒径1μm)
·氧化铁(Fe2O3)：制品名：氧化铁(III)；和光纯药工业(株)制(平均粒径1μm)
·粘合剂：PVA(制品名：JP-05；日本醋酸乙烯单体与聚乙烯(日本酢ビポバ一ル)(株)制)
表1
Figure BDA00003172131200101
如表1所示，可以确认：当所获得的试验体的气孔率在15～50体积％的范围内时，能够确保体积电阻率为1×1010Ω·cm以上，并且具有与铝同等以上的放热特性(综合评价「◎、○」)。
当该气孔率为15体积％未满时，不能确保体积电阻率为1×1010Ω·cm(比较例1)，当该气孔率超过50体积％时，不能确保放热特性(比较例2)。
并且可以确认：当碳化硅的配合比率在60～85重量％的范围内时，无论碳化硅的平均粒径为多少，都能确保1×1010Ω·cm以上的体积电阻率以及高放热特性。
接下来，当碳化硅的配合比率为60重量％未满时，则无法确保放热特性(比较例5)，当碳化硅的配合比率超过85重量％时，则无法确保体积电阻率为1×1010Ω·cm(比较例6)。
另外，在实施例2、实施例3，以及实施例4中，体积电阻率分别为2×1010Ω·cm、21.5×1010Ω·cm，以及50×1010Ω·cm，表示实施例3的放热特性的降低的温度为23.4℃。
此外，还可以确认：当造粒粒子的粒径为1250μm以下时，能够确保成型性，并且能够适当地制造本申请发明中的散热部。而当该粒径超过1250μm时(比较例3)，则不能确保成型性。

Claims (5)

1.一种电子电路，具备：
电路基板，其安装有电子部件；
导热膜，其层叠于所述电子部件上；以及
散热部，其层叠于所述导热膜上；
所述散热部具有1010Ω·cm以上的体积电阻率，并且所述散热部由气孔率为15～50体积％的多孔陶瓷构成。
2.一种散热部，其具有1010Ω·cm以上的体积电阻率，并且由气孔率为15～50体积％的多孔陶瓷构成。
3.如权利要求2所述的散热部，其中，所述多孔陶瓷由粒径10μm以上的造粒粒子烧结而成，所述造粒粒子至少由二氧化硅、氧化铝、以及碳化硅混合而制得。
4.如权利要求3所述的散热部，其中，所述碳化硅的平均粒径为150μm以下。
5.如权利要求2至4中任一项所述的散热部，其中，所述多孔陶瓷由造粒粒子烧结而成，所述造粒粒子由60～85重量％的碳化硅以及至少10重量％以上的二氧化硅混合而制得。
CN201180054310.6A 2010-11-11 2011-11-11 电子电路以及散热部 Active CN103222046B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

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