JP2002261206A - 半導体の冷却構造体 - Google Patents

半導体の冷却構造体

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Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体と放熱体と間の距離に違いがあっても熱
対策が必要な半導体の数より少ない数の放熱シートで半
導体を冷却できる構造体を提供する。 【解決手段】基板5上に実装された高さの異なる複数の
半導体6a,6b,6c、または放熱体の厚みの差がある実装体
の半導体から発生する熱を放熱シート1で放熱体7に放熱
する構造体であって、半導体6a,6b,6cと放熱体7の間に
は放熱させるための半導体の数より少ない数の放熱シー
ト1を介在させる。放熱シート1は上下両面表層部がゴ
ム状に硬化させた薄膜補強層であり、内層に未加硫のコ
ンパウンド層が存在し、前記内層は外側にはみ出す程度
に流動性がある。これにより、内部のコンパウンドは未
硬化なため圧力がかかっても徐々に緩和していくため多
少の半導体と放熱体と間の距離は吸収できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の冷却構造
体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、コンピュータ(CPU),ビデオ
チップ,メモリーなどの半導体は使用中に発熱し、その
熱のため電子部品の性能が低下することがある。そのた
め発熱するような電子部品には放熱体が取り付けられ
る。これら発熱素子と放熱体の間には通常、インターフ
ェイスとして放熱シートが用いられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般にこれら半導体の
熱対策をするときに発熱する半導体に対してそれぞれ放
熱シートを介在させていた。むろん多数の半導体が隣接
している場合は一括して放熱シートを放熱体の間介在さ
せる例がある。
【0004】しかし、基板上に実装される半導体は高さ
は一様でない。また、基板上にはいろいろな働きをする
半導体が散在して配置されている。そのため各半導体に
対して違う厚みの放熱シートを用意して放熱体に密着さ
せている。また、放熱体も設計上いつも平面とは限らな
いため、同様に各半導体に対して違う厚みの放熱シート
を用意して放熱体に密着させていた。さらに現状でも厚
みの厚い放熱シートを用いることによって若干の高低差
を吸収させて使用されている例もあるが、半導体間の距
離がある場合に限られている。そうなると熱対策する半
導体毎に放熱シートを貼り付けることが多くなり非常に
面倒である。さらに熱対策に用いられる放熱シートは最
近では柔らかいシリコーンゲルシートが用いられること
が多いためますます面倒になってきた。
【0005】本発明は、前記従来の課題を解決するた
め、半導体と放熱体と間の距離に違いがあっても熱対策
が必要な半導体の数より少ない数の放熱シートを介在す
ることによって半導体の冷却ができる構造体を提案する
ことを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の半導体の冷却構造体は、基板上に実装され
た基板からの高さの異なる複数の半導体、または放熱体
の厚みの差がある実装体の半導体から発生する熱を放熱
シートで冷却する構造体であって、前記半導体と前記放
熱体の間には半導体の数より少ない数の放熱シートを介
在させるとともに、前記放熱シートは上下両面表層部が
ゴム状に硬化させた薄膜補強層であり、内層に未加硫の
コンパウンド層が存在し、前記内層は外側にはみ出して
いることを特徴とする。
【0007】
【発明実施の形態】本発明においては、基板からの高さ
の異なる複数の半導体の基板からの高さの差が、0.2
mm以上であっても有効に放熱できる。同様に、半導体
の高さは同じであるが放熱体の厚みの差がある実装体の
厚みの差が、0.2mm以上であっても有効に放熱でき
る。
【0008】前記本発明の半導体の冷却構造に使用する
放熱シートは、上下表面表層部がゴム状に硬化させた薄
膜補強層であり、その間に未加硫のコンパウンド層が存
在しその未加硫コンパウンド層の稠度が180以上であ
ることが好ましい。
【0009】また、薄膜補強層および未加硫のコンパウ
ンド層が、いずれもポリオルガノシロキサン成分100
重量部に対して無機物フィラー50〜2500重量部か
らなるコンパウンドであることが好ましい。
【0010】また、上下両面表層部の薄膜補強層の厚み
が0.002〜0.5mmの範囲であり、その間の未加
硫のコンパウンド層の厚みが0.25〜10mmの範囲
であることが好ましい。
【0011】また、厚さ方向から荷重を10gf/mm
2以上かけたとき、内層の未加硫のコンパウンド層が外
側にはみ出すことが好ましい。
【0012】また、厚さ方向から荷重をかけ、50%圧
縮した後、1分後の荷重値が、20gf/mm2以下で
あることが好ましい。
【0013】また、表面表層部のアスカーC硬度が10
以上であることが好ましい。
【0014】本発明の半導体の冷却構造は基板上に実装
された基板からの高さが異なる半導体,基板上に散在し
ている半導体,均一の厚みでない放熱体を少ない枚数の
放熱シートで熱対策ができるため簡単な熱設計,実装を
実現できる。
【0015】放熱シートの材質はアクリル,ウレタン,
シリコーンなどがありそれらの誘導体も適宜使用してよ
い。耐熱性を考慮するとシリコーンを使用するのが好ま
しい。
【0016】両表面の架橋密度を高くさせる方法として
は放熱シートを構成する樹脂分を硬化させる成分を放熱
シート表面に多く存在させ硬度を硬くするのが好まし
い。
【0017】以下、図面とともに本発明の放熱シートを
説明する。図1は本発明の一実施形態の低硬度放熱シー
トの断面図である。放熱シート1は、上下両面表層部が
ゴム状に硬化させた薄膜補強層2,3と、その間の未加
硫のコンパウンド層4によって形成されている。図2
は、厚さ方向に圧縮荷重がかかったときの断面図であ
る。未加硫のコンパウンド層4は両方の側面から膨出す
るため、応力を緩和でき、荷重値を低くすることができ
る。
【0018】本発明の放熱シートは、好適には上下面の
いずれかの表層部から荷重を10gf/mm2以上かけ
たとき、内層の未加硫のコンパウンド層が外側にはみ出
す。これにより、圧縮荷重がかかったとき、内層の未加
硫のコンパウンド層の外側へのはみ出しにより、応力を
緩和でき、その結果、発熱素子に加わる荷重を低減する
ことができる。
【0019】本発明の未加硫のコンパウンドを薄膜補強
層にするには、シリコン原子に直接結合している水素原
子が1分子中に少なくとも2個含有するオルガノハイド
ロジェンポリシロキサンが好適に使用される。
【0020】薄膜補強層の作成方法は、樹脂フィルムに
あらかじめオルガノハイドロジェンポリシロキサンを塗
布しておき、得られたオルガノハイドロジェンポリシロ
キサン層を内側に配置してその2枚の樹脂フィルムの間
に未加硫のコンパウンドを充填し、前記オルガノハイド
ロジェンポリシロキサン層を未加硫のコンパウンドの両
表面に転写して一体成形するのが好ましい。
【0021】成形方法としてはプレス成形、コーティン
グ成形、カレンダー成形等があり未加硫のコンパウンド
の性状でどの加工方法にするかは任意に選択できる。
【0022】樹脂フィルムにポリオルガノハイドロジェ
ンポリシロキサンを塗布するにはナイフコーター,バー
コーター,グラビアコーター,多段ロールコーターなど
がありどれを用いてもよい。
【0023】放熱シートの切り口から未加硫のコンパウ
ンドが滲みでてこないように未加硫のコンパウンドの稠
度は180以上が好ましい。
【0024】未加硫のコンパウンドは架橋剤の添加され
ていないポリオルガノシロキサン成分100重量部に対
して無機物フィラー50〜2500重量部から構成され
る。
【0025】前記低硬度放熱シートは、スパーカッター
などのように刃がシート上面から下りて裁断する形式で
はカット面が凸凹になりやすいため、ロータリーカッタ
ーのような丸刃で裁断されることが好ましい。
【0026】コンパウンドは、無機物フィラーが酸化ア
ルミニウム,酸化亜鉛,酸化マグネシウム及び窒化硼素
から選ばれる少なくともひとつの無機粒子であることが
好ましい。無機物フィラーにはシランカップリング剤,
チタンカップリング剤,アルミニウムカップリング剤な
どの処理をしてもよい。
【0027】難燃性付与のため白金系化合物を添加しも
よい。白金系化合物としては塩化白金酸,アルコール変
性塩化白金,白金オレフィン錯体,メチルビニルポリシ
ロキサン白金錯体から選ばれる少なくともひとつである
ことが好ましい。また、難燃助剤として酸化鉄,酸化チ
タン,水酸化アルミニウム,水酸化マグネシウムなどが
あり一種または二種の混合物が好適に用いられる。
【0028】前記した本発明の低硬度放熱シートは上下
面表層部がゴム状に硬化させた薄膜補強層であり、その
間に未加硫のコンパウンドが存在することにより発熱素
子に加わる荷重を低減することのできる放熱シートにな
りしかも上下面表層部がゴム状に硬化させた薄膜補強層
であるため取り扱い性が良好な低硬度放熱シートを得る
ことができる。
【0029】
【実施例】以下実施例により本発明をさらに具体的に説
明する。
【0030】ここで使用する無機物フィラーは、フィラ
ー表面をビニルトリメトキシシランなどのカップリング
剤(例えば商品名「SZ6300」、東レ・ダウコーニ
ングシリコーン株式会社)により処理をした。処理方法
は乾式法であり、具体的には無機物フィラーをニーダー
ミキサーなどの混練機で攪拌中に前記カップリング剤を
滴下し、30分間攪拌した後、120℃に設定した熱風
オーブン中で1時間乾燥して、目的とする無機物フィラ
ーを得た。
【0031】樹脂フィルムはポリプロピレンフィルムを
使用した。
【0032】樹脂フィルムへのオルガノハイドロジェン
ポリシロキサン(SH1107 東レ・ダウコーニング
シリコーン(株)製)をバーコーターにより厚さ5μm
で塗布した。得られた2枚の樹脂フィルムのオルガノハ
イドロジェンポリシロキサン層を内側に配置してその間
に未加硫のコンパウンドを充填し、前記オルガノハイド
ロジェンポリシロキサン層を未加硫のコンパウンドの両
表面に転写して一体成形する方法を採用した。
【0033】
【実施例1】架橋剤が添加されてないポリオルガノシロ
キサン100重量部(SE4400のA液 東レ・ダウ
コーニングシリコーン(株))製に酸化アルミニウム1
00重量部(AL30 昭和電工株式会社製))を添加
混練りすることによって、未加硫のコンパウンドを得た
(稠度:190)。これを前記オルガノハイドロジェン
ポリシロキサンを塗布した樹脂フィルム二枚でプレスで
120℃、5分で硬化させ成型することで放熱シートを
得ることができた。
【0034】得られた放熱シートの両表面の薄膜補強層
の厚みは0.1mm、未加硫のコンパウンド層の厚みは
1.8mm、トータル厚さ2.0mmであった。
【0035】得られた放熱シートの特性は、硬度(アス
カーC)が23であり、50%圧縮荷重(1分後)10
kgf荷重で16gf/mm2、熱伝導率は2.5W/m・Kであ
り、表層部から荷重を10gf/mm2かけたとき、内層の未加
硫のコンパウンド層が外側にはみ出す性質を有してい
た。
【0036】得られた放熱シート1を図3Aに示す半導
体実装基板に組み込んだ。具体的には、基板5の表面の
半径52mmの円内に、高さ1.8mmの半導体(I
C)6aと、高さ2.0mmの半導体(IC)6bと、
高さ1.8mmの半導体(IC)6cが実装されてい
る。図3Bの側面図に示すように、基板5と放熱板であ
る厚さ2mmのアルミニウム板7との間に1枚の放熱シ
ート1を挟み込み実装した。
【0037】その結果、一枚の放熱シートのみですべて
の半導体温度を70℃以下にすることができた。
【0038】以上の実施例によれば、基板5上に実装さ
れた高さの異なる複数の半導体6a,6b,6cから発生する熱
を放熱シート1で放熱体7に放熱する構造体であって、半
導体6a,6b,6cと放熱体7の間には半導体の数より少ない
数の放熱シート1を介在させる。放熱シート1は上下両
面表層部がゴム状に硬化させた薄膜補強層であり、内層
に未加硫のコンパウンド層が存在し、前記内層は外側に
はみ出す程度に流動性がある。これにより、内部のコン
パウンドは未硬化なため圧力がかかっても徐々に緩和し
ていくため多少の半導体と放熱体と間の距離は吸収でき
る。
【0039】
【実施例2】実施例1と同様な方法で厚さ1.5mmの
放熱シート(図4Bの符号11)と厚さ3.0mmの放
熱シート(図4Bの符号12)を得た。得られた放熱シ
ートの両表面の薄膜補強層の厚みは0.1mmであっ
た。
【0040】得られた放熱シートの特性は、硬度(アス
カーC)が23であり、50%圧縮荷重(1分後)10
kgf荷重で16gf/mm2、熱伝導率は2.5W/m・Kであ
り、表層部から荷重を10gf/mm2かけたとき、内層の未加
硫のコンパウンド層が外側にはみ出す性質を有してい
た。
【0041】得られた放熱シートを図4Aに示す半導体
実装基板に組み込んだ。具体的には、基板15の表面の
半径60mmの円内に、高さ2.3mmの半導体(I
C)16aと、高さ2.5mmの半導体(IC)16b
と、高さ2.5mmの半導体(IC)16cと、高さ
1.8mmの半導体(IC)16dと、高さ1.5mm
の半導体(IC)16eが実装されている。図4Bの側
面図に示すように、基板15と放熱板である厚さ2mm
のアルミニウム板17との間に2枚の放熱シート11,
12を挟み込み実装した。
【0042】その結果、実施例1と同様に効率よく半導
体の冷却ができた。
【0043】
【実施例3】実施例1と同様な方法で厚さ1.3mmの
放熱シート(図5Bの符号21)を得た。得られた放熱
シートの両表面の薄膜補強層の厚みは0.1mmであっ
た。
【0044】得られた放熱シートの特性は、硬度(アス
カーC)が23であり、50%圧縮荷重(1分後)10
kgf荷重で16gf/mm2、熱伝導率は2.5W/m・Kであ
り、表層部から荷重を10gf/mm2かけたとき、内層の未加
硫のコンパウンド層が外側にはみ出す性質を有してい
た。
【0045】得られた放熱シートを図5Aに示す半導体
実装基板に組み込んだ。具体的には、基板25の表面の
半径52mmの円内に、高さ1.8mmの半導体(I
C)26aと、高さ1.8mmの半導体(IC)26b
と、高さ1.8mmの半導体(IC)26cが実装され
ている。図5Bの側面図に示すように、基板25と放熱
板であるアルミニウム板(通常の部分の厚さ2.0m
m,凸部の厚さ2.3mm)27との間に1枚の放熱シ
ート21を挟み込み実装した。
【0046】その結果、実施例1と同様に効率よく半導
体の冷却ができた。
【0047】以上の実施例によれば、基板25上に実装さ
れた複数の半導体26a,26b,26cを有し、放熱体27の厚み
の差がある実装体の半導体から発生する熱を放熱シート
21で放熱体27に放熱する構造体であって、半導体26a,26
b,26cと放熱体27の間に半導体の数より少ない数の放熱
シート21を介在させる。放熱シート21は上下両面表層
部がゴム状に硬化させた薄膜補強層であり、内層に未加
硫のコンパウンド層が存在し、前記内層は外側にはみ出
す程度に流動性がある。これにより、内部のコンパウン
ドは未硬化なため圧力がかかっても徐々に緩和していく
ため多少の半導体と放熱体と間の距離は吸収できる。
【0048】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
半導体と放熱体と間の距離に違いがあっても熱対策が必
要な半導体の数より少ない数の放熱シートを介在するこ
とによって半導体の冷却ができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の低硬度放熱シートの断面
図である。
【図2】同、厚さ方向に圧縮荷重がかかったときの断面
図である。
【図3】Aは本発明の実施例1で用いる半導体実装基板
の平面配置図、Bは同実施例1の放熱シートを挟み込み
実装した側面図である。
【図4】Aは本発明の実施例2で用いる半導体実装基板
の平面配置図、Bは同実施例2の放熱シートを挟み込み
実装した側面図である。
【図5】Aは本発明の実施例3で用いる半導体実装基板
の平面配置図、Bは同実施例3の放熱シートを挟み込み
実装した側面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩見 淳三 愛知県西加茂郡小原村鍛冶屋敷175番地 富士高分子工業株式会社愛知工場内 (72)発明者 舟橋 一 愛知県西加茂郡小原村鍛冶屋敷175番地 富士高分子工業株式会社愛知工場内 Fターム(参考) 5F036 AA01 BB21 BC24 BD21

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に実装された基板からの高さの異な
    る複数の半導体、または放熱体の厚みの差がある実装体
    の半導体から発生する熱を放熱シートで冷却する構造体
    であって、 前記半導体と前記放熱体の間には半導体の数より少ない
    数の放熱シートを介在させるとともに、 前記放熱シートは上下両面表層部がゴム状に硬化させた
    薄膜補強層であり、内層に未加硫のコンパウンド層が存
    在し、前記内層は外側にはみ出していることを特徴とす
    る半導体の冷却構造体。
  2. 【請求項2】基板からの高さの異なる複数の半導体の基
    板からの高さの差が、0.2mm以上である請求項1に
    記載の半導体の冷却構造体。
  3. 【請求項3】半導体の高さは同じであるが放熱体の厚み
    の差がある実装体の厚みの差が、0.2mm以上である
    請求項1に記載の半導体の冷却構造体。
  4. 【請求項4】未加硫のコンパウンド層の稠度が180以
    上である請求項1に記載の半導体の冷却構造体。
  5. 【請求項5】薄膜補強層および未加硫のコンパウンド層
    が、いずれもポリオルガノシロキサン成分100重量部
    に対して無機物フィラー50〜2500重量部からなる
    コンパウンドである請求項1に記載の半導体の冷却構造
    体。
  6. 【請求項6】上下両面表層部の薄膜補強層の厚みが0.
    002〜0.5mmの範囲であり、その間の未加硫のコ
    ンパウンド層の厚みが0.25〜10mmの範囲である
    請求項1〜5のいずれかに記載の半導体の冷却構造体。
  7. 【請求項7】厚さ方向から荷重を10gf/mm2以上
    かけたとき、内層の未加硫のコンパウンド層が外側には
    み出す請求項1〜6のいずれかに記載の半導体の冷却構
    造体。
  8. 【請求項8】厚さ方向から荷重をかけ、50%圧縮した
    後、1分後の荷重値が、20gf/mm2以下である請
    求項1〜7のいずれかに記載の半導体の冷却構造体。
  9. 【請求項9】表面表層部のアスカーC硬度が10以上で
    ある請求項1〜8のいずれかに記載の半導体の冷却構造
    体。
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