JP3858660B2 - 樹脂の熱抵抗測定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂材の熱抵抗を測定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
グリースや樹脂を部材界面に用いた工業製品は、例えば、半導体デバイスと放熱板を熱伝導性のグリースを介して接合する場合や、樹脂を部材間にモールドもしくは塗布してベーキングするような場合や、部材間にゲル状の樹脂をはさみ込んで用いるような場合、あるいは、半導体素子と放熱板を導電性を有する接着剤で接合する場合など、広い範囲の産業分野で用いられている。
【０００３】
このような樹脂を熱が通過する場合におけるある製品分野においては、樹脂を熱が通過する際に生じる温度差を通過する熱量で割った、いわゆる熱抵抗が、製品を設計する上で極めて重要である。
この樹脂の熱抵抗は、樹脂そのものを通過する熱伝導に起因する熱抵抗と、樹脂を両側からはさみ込んだ部材と前記樹脂の間の界面における界面熱抵抗がその要素として含まれる。
【０００４】
このような樹脂における熱抵抗の要素のうち、樹脂そのものを通過する熱伝導に起因する熱抵抗は、熱の流れが一次元的であれば、次の式で求めることができる。但し、熱伝導に起因する熱抵抗をＲｃｏｎｄ、熱が通過する長さをＬ、熱が通過する断面積をＡ、樹脂の熱伝導率をλとする。
【０００５】
Ｒｃｏｎｄ＝Ｌ／（λ×Ａ）…（１）
つまり、樹脂の熱伝導に起因する熱抵抗Ｒｃｏｎｄは、熱が一次元的に流れる場合、樹脂の熱伝導率λの逆数に比例する。
この、樹脂の熱伝導率λを個別に求める技術として、例えば、最も簡単な方法は、図２に示すように、断面積Ａが一定で長さＬが十分長い試験片を作成し、一定の熱量Ｑを流し、一定の間隔で試験片の熱が流れる方向に沿った温度分布を測定するという方法で、一般に定常法と呼ばれる方法である。この方法自体は非常に基礎的な熱の問題であり公知の方法である。
【０００６】
熱伝導率がλ、断面積がＡでそれぞれ一定の物質があり、そこを一定の熱量Ｑが一次元的に通過するとして、温度を測定する位置の間隔をΔＬ、測定された温度の差をΔＴとすると、次の式が成立する。
【０００７】
Ｑ＝λ×Ａ×ΔＴ／ΔＬ…（２）
式（２）より、熱伝導率λは次の式で求めることができる。
【０００８】
λ＝Ｑ×ΔＬ／（Ａ×ΔＴ）…（３）
即ち、通過する熱量Ｑと、熱が通過する断面積Ａ、温度を測定する位置の間隔ΔＬがわかっていれば、温度差ΔＴを測定することで熱伝導率λを実験的に求めることができるのである。
【０００９】
界面における熱抵抗Ｒｉｎｔも、前記の定常法を用いて測定することができる。
図３に示すように、熱伝導率が既知の２種類の部材を用意し、一定の荷重を加えて熱を流す。そのときの各部材内の温度変化から、界面近傍での温度差ΔＴを求め、それを通過する熱量Ｑで割った値が界面の熱抵抗Ｒｉｎｔである。なお、図２、図３については、温度を測定する位置を一つの部材につき２ヶ所としたが、測定の確かさを向上させるためには、測定点間の距離ΔＬを大きくしたり、温度測定点の数を増やすなどの方法がある。
【００１０】
熱が通過する距離Ｌが小さい、薄い材料における、熱が通過する方向、即ち、厚さ方向の、熱伝導率を測定する方法として、例えば交流加熱法やレーザーを用いた方法がある。いずれも、薄い材料の熱拡散率を測定し、別の方法を用いて測定した熱容量と密度を用いて、熱伝導率を求める方法である。
この、交流加熱法を用いた熱拡散率の測定方法としては、例えば特開平１０−２２１２７９号公報があげられる。また、レーザーを用いた方法としては特開２００１−８３１１３号公報などがあげられる。
【００１１】
一方、荷重が加わった状態での樹脂の熱伝導率を測定する方法としては、例えば、特開平８−１３６４８３号公報や、特開２００１−２１５１２号公報などがあげられる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前記の定常法は、ΔＬを大きくすればするほど測定の確かさが上昇するという特徴がある。このため、例えば、発熱部品と熱拡散部品を接合するときに用いられるグリースや、半導体内部で用いられるモールド樹脂などのような、熱が通過する断面積Ａに対し熱が通過する距離Ｌが非常に小さい、いわゆる薄い材料の熱伝導率を測定する場合は、ΔLを十分確保することが不可能であるため、試料の厚さを変化させて、温度を測定する位置の間隔ΔＬを十分大きくしても熱伝導率に変化がない場合、つまり、熱伝導率に厚さ依存性がない場合を除き、適用が難しいという問題がある。樹脂の熱伝導率はその固化の工程や厚さに依存する場合が多く、実質的には、厚さが薄いままの状態で測定することが必要とされる。
【００１３】
前記の特開平１０−２２１２７９号公報や特開２００１−８３１１３号公報などにおいて開示されている熱拡散率の測定方法は、非常に薄い材料の熱拡散率を測定できるという点に特徴があるが、非定常的な熱の信号を与えたときの温度応答を測定する方法であり、別途比熱と密度を測定する必要がある。
【００１４】
前記の特開平８−１３６４８３号公報において開示されている樹脂の熱伝導率測定装置においては、試験片である樹脂の形状が装置によって限定されるという問題がある。即ち、樹脂内部に熱源としてのプローブを挿入する関係上、プローブと樹脂の界面の熱抵抗を含んだ情報が測定されることになるが、この方法では、樹脂の厚さ方向の両側から別の部材で樹脂をはさみ込むような構造で用いる場合の、部材と樹脂の界面の熱抵抗が、常にプローブと樹脂の界面の熱抵抗と等しくなる場合を除き、界面の熱抵抗を含む樹脂の熱抵抗を測定することはできない。
【００１５】
前記の特開２００１−２１５１２号公報において開示されている方法においても、この樹脂をはさむ部材と樹脂の間の、界面の熱抵抗を含む測定は困難である。
【００１６】
一方、樹脂を用いた製品においては、製造工程、樹脂をはさむ部材の材質や面の情報、実際に樹脂を使用する環境などが樹脂の熱抵抗に強く影響するという問題がある。
【００１７】
例えば、樹脂が２枚の部材にはさまれた形でベーキングされて固まる場合を考えると、ベーキング工程で樹脂の母材から様々なガスが発生して固まる場合が一般的で、どのようなガスが出るかは、樹脂の母材の材質とベーキング工程に依存する。そこで、熱伝導率測定のために、周囲に何もない状態で樹脂の母材をベーキングして、そこからサンプルを切り出すなどして作成した場合、図４に示すように、各方向にガスが抜けることになる。
【００１８】
これに対し、実際に樹脂を使用する製品では、図５に示すように、樹脂の母材が別の部材にはさまれた形でベーキングされるため、発生するガスの抜ける方向が、樹脂をはさむ部材のない方向に限定される。このため、ガスの抜け方が異なってしまい、ベーキング後の樹脂の組成や内部の構造が前記サンプルと異なり、サンプルの熱伝導率を正確に測定しても、実際の製品に使われている樹脂の熱伝導率とは一致しない場合が多い。
【００１９】
さらに、樹脂を用いた製品使用時・非使用時の温度によっては、樹脂自体が融解した状態で使用されたり、融解後再凝固したり、融解と凝固を繰り返したりする場合がある。このような、製品に搭載した後の融解や凝固の影響により、樹脂の熱伝導率や界面の熱抵抗が経時的に変化することが懸念される。前記の場合では、熱抵抗の経時変化があらかじめわかっていないと、図４に示すような、実装条件を考慮せずに切り出したサンプルについての樹脂の熱伝導率のみがわかっていても、やはり、実際の製品に使われている樹脂の熱伝導率とは一致しない場合が多いし、界面の熱抵抗の情報も反映されることがない。
【００２０】
これでは、樹脂を通して熱が逃げる構造の製品の場合、製品の温度上昇を正確に予測することができない。しかし、従来は、このサンプルと実際の製品における、製造工程により樹脂の熱抵抗が影響を受けるという問題や、界面の熱抵抗を含む樹脂の包括的な熱抵抗を求める必要があるという問題は重視されておらず、樹脂の物性値のデータを参照しても、また、樹脂を製造、販売または頒布する企業等の法人や組織、あるいは個人においても、このようなデータベースは整理されていない場合が一般的であった。
【００２１】
このため、実際に樹脂を用いた製品において、複数ある樹脂の候補の中から最も当該製品に熱的に適した製品を選択するにあたり、樹脂の使用者側で製品やそれに近い構造の試作品を作成し、前記樹脂の候補を用いた場合の製品の温度上昇を実際に測定しなければならず、樹脂選択に至るまでの試作コストや期間が長くなるという問題点があった。
【００２２】
本発明の目的は、実機に組み込まれた状態に最も近い状態の樹脂の熱抵抗を測定することが可能な、樹脂の熱抵抗の測定方法を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、樹脂を第一の部材と第二の部材ではさみ込んだ層状構造体を前記第一の部材と第二の部材の外側から第三の部材と第四の部材ではさみ込んで荷重を加え、前記第三の部材、第一の部材、樹脂、第二の部材、第四の部材の順、もしくは前記第四の部材、第二の部材、樹脂、第一の部材、第三の部材の順に熱を流して各部材および部材間熱抵抗を測定する樹脂の熱抵抗測定方法において、前記第三の部材と前記第一の部材との間の界面１と、前記第一の部材と前記樹脂との間の界面２と、前記樹脂と前記第二の部材との間の界面３と、前記第二の部材と前記第四の部材との間の界面４とを備え、前記第三の部材から前記第一の部材、樹脂、第二の部材、第四の部材の方向、もしくはその逆の順番に熱を流しながら荷重を加えて前記各界面を通過する熱量を求めるステップと、この熱量と前記第三の部材の温度と熱伝導率、および前記第四の部材の温度と熱伝導率から前記界面１の第三の部材側の温度と前記界面４の第四の部材側の温度を求めるステップと、前記界面１の第三の部材側の温度と前記界面４の第四の部材側の温度による温度差と流した熱量から前記界面１、界面２、界面３、界面４の界面における熱抵抗と前記第一の部材、樹脂、第二の部材の熱伝導による熱抵抗とを含む熱抵抗を一括して測定するステップと、前記第一の部材の熱伝導による熱抵抗をあらかじめ求め、この第一の部材を第三の部材、第四の部材ではさみ、前記第三の部材と第一の部材の界面１における界面の熱抵抗と前記第一の部材の熱伝導による熱抵抗とを含む熱抵抗を一括して測定し、測定された熱抵抗の合計から前記求めた第一の部材の熱伝導による熱抵抗を差し引くことにより前記第三の部材と第一の部材の界面１における界面の熱抵抗をあらかじめ求めるステップと、前記第二の部材の熱伝導による熱抵抗をあらかじめ求め、この第二の部材を第三の部材、第四の部材ではさみ、前記第四の部材と第二の部材の界面４における界面の熱抵抗と前記第二の部材の熱伝導による熱抵抗とを含む熱抵抗を一括して測定し、測定された熱抵抗の合計から前記求めた第二の部材の熱伝導による熱抵抗を差し引くことにより前記第四の部材と第二の部材の界面４における界面の熱抵抗をあらかじめ求めるステップと、前記一括して測定された前記界面１、界面２、界面３、界面４の界面における熱抵抗と前記第一の部材、樹脂、第二の部材の熱伝導による熱抵抗とを含む熱抵抗の合計から前記あらかじめ求めた前記第三の部材と第一の部材の界面１における界面の熱抵抗と第一の部材の熱伝導による熱抵抗の合計と前記第二の部材と第四の部材の界面４における界面の熱抵抗と第二の部材の熱伝導による熱抵抗の合計を差し引くことにより前記第一の部材と樹脂の界面２における界面の熱抵抗と前記樹脂の熱伝導による熱抵抗と前記樹脂と第二の部材の界面３における界面の熱抵抗の和を樹脂の熱抵抗として測定するステップとを備えたことにより達成される。
【００２４】
また、前記目的は、前記樹脂が有する熱抵抗の初期値および時間的な変動を測定することにより達成される。
【００２５】
また、前記目的は、温度や荷重の大きさ、あるいは湿度等、樹脂の熱抵抗に影響を与える因子、および前記因子の任意の組み合わせによって変化する被測定樹脂の熱抵抗の経時変化を測定した結果をデータベース化し、前記被測定樹脂を搭載する装置の熱的構造の設計に適用することにより達成される。
【００２６】
また、前記目的は、温度や荷重の大きさ、あるいは湿度等、樹脂の熱抵抗に影響を与える因子を所定の期間にわたり一定に保持した場合の被測定樹脂の熱抵抗を測定した結果をデータベース化し、前記被測定樹脂を搭載する装置の熱的構造の設計に適用することにより達成される。
【００２７】
また前記目的は、温度や荷重の大きさ、あるいは湿度等、樹脂の熱抵抗に影響を与える因子を所定の期間にわたり一定の条件で変動させた場合の前記樹脂の熱抵抗を測定した結果をデータベース化し、前記被測定樹脂を搭載する装置の熱的構造の設計に適用することにより達成される。
【００２８】
また、前記目的は、一定の条件で材質，寸法，表面のうねり・粗さの加工方法および精度を指定して作成された部材で前記樹脂をはさんだ場合の、前記部材と前記樹脂の間の界面の熱抵抗と、前記樹脂の熱伝導による熱抵抗の合計を、前記樹脂の熱抵抗として測定することにより達成される。
【００２９】
また、前記目的は、測定された界面の熱抵抗を含む樹脂の熱抵抗の時間的な変化を前記樹脂を搭載した製品の熱設計の物性値として提供することにより達成される。
【００３３】
【発明の実施の形態】
ところで、樹脂材等の部材が有する熱伝導率や界面の熱抵抗などの熱物性値を測定する方法としては、上述したように定常法、あるいはレーザフラッシュ法などを用いれば測定することが可能である。
【００３４】
ところが、これらの方法を用いて熱物性値を評価するにあたり、樹脂を製造・頒布・販売する側の事業者もしくは組織、法人は、樹脂等の部材を実機に組み込んだ状態でその熱物性値を評価すると、部材単体で測定した場合の値と異なることが多いということを考慮してこなかった。
【００３５】
例えば、半導体パッケージなどの実機では、半導体素子を放熱板に実装する場合、レジンやエラストマー等の樹脂でモールドすることにより、半導体素子、樹脂、放熱板の順に層状の構成とすることが一般的に行われる。
【００３６】
このように、樹脂を製品内部に用いる半導体産業や電子機器等における製造メーカーでは、実機の設計にあたっては樹脂のみならず、樹脂と、それに接続される部材と間の界面の熱抵抗を考慮して設計しなくてはならないが、上述の一例のような三層構造（半導体素子、樹脂、放熱板）における部材間の界面熱抵抗につては樹脂を製造・頒布・販売する事業者、組織、あるいは法人等によっては提供されていない。
【００３７】
本発明の発明者らは、界面の熱抵抗を含め、実機に近い状態の熱抵抗を簡単に測定する方法を種々検討した結果、新たな測定方法を見出したものである。
【００３８】
その検討結果の一実施形態を図１、図６を用いて説明する。
図１は、定常法を用いて樹脂と部材の界面の熱抵抗と、樹脂の熱伝導に起因する熱抵抗の合計を樹脂全体の熱抵抗として測定する場合の構成を示した図である。
図６は、樹脂をはさむ部材の熱抵抗を測定する場合の構成を示した図である。
図１において、熱抵抗を測定する樹脂１は材料、厚さ、表面加工方法等を指定して製造された第一の部材２と、第二の部材３により、図の上下方向からはさまれた層状の構成の試験片で測定装置に設置されている。この層状構成の試験片は、必要であれば、あらかじめ指定されたベーキング工程等の製造工程により固化されたり、あるいは固化されない状態となっている。
【００３９】
なお、第一の部材２と第二の部材３は、それぞれについて、面のうねり、粗さ、加工方法等が表裏面でほぼ同一であり、どちらの面が樹脂と界面を構成するよう設置されてもほぼ同一の結果が得られるような形状とすることが望ましい。
【００４０】
前記層状構成の試験片を、図１のさらに上下の方向から、試験片に荷重を加える機能か、または、試験片の厚さを一定に保つ機能と、内部の温度分布を測定する機能を有する第三の部材４と第四の部材５ではさみ込む。この、第三の部材４と第四の部材５の、それぞれ、少なくとも２ヶ所ずつ、図のＸ１，Ｘ２，Ｘ７，Ｘ８の位置に、部材の温度を測定する温度測定装置を設置する。
【００４１】
この、温度測定装置としては、熱電対等の接触式温度センサが簡便であるが、任意の位置における第三の部材４、第四の部材５の温度を測定できるものであれば、どのような装置でも構わない。
温度測定位置は、第三、第四の部材４、５のそれぞれについて、３ヶ所以上であっても構わないし、連続的に測定してもよい。
【００４２】
また、第三の部材４と第四の部材５は、材料、断面積、面加工方法が同一であるとみなせる程度まで一致していることが望ましい。硬さやうねり、面粗さ等はほぼ同一である方が好ましいが、必ずしも一致していなくても測定自体は可能である。温度測定位置や部材の長さについては、必ずしも一致していなくても構わないし、材料が異なっていても測定は可能であるが、熱伝導率λはあらかじめ測定して既知の値であることが重要である。
【００４３】
図１には示していないが、第三の部材４、第四の部材５、および層状試料の周囲は、その表面からの放熱、即ち、周辺空気との熱交換や輻射による熱の洩れを極力低減するため、断熱性の部材で覆われていることが望ましい。あるいは、層状試料６における平均的な温度が、周辺空気や装置外壁等の構造物の温度とほぼ等しくなるように環境温度を制御してもよい。
【００４４】
図１のＸ３〜Ｘ４、Ｘ４〜Ｘ５、Ｘ５〜Ｘ６の範囲がそれぞれ、樹脂をはさむ第一の部材２、樹脂１、樹脂をはさむ第二の部材３である。図１において、第三の部材４から、第一の部材２、樹脂１、第二の部材３、第四の部材５の方向に荷重Ｆを加え、かつ、熱Ｑを流す。
【００４５】
このとき、位置Ｘ３における第三の部材４と第一の部材２の界面を界面１、位置Ｘ４における第一の部材２と樹脂１の界面を界面２、位置Ｘ５における樹脂１と第二の部材３の界面を界面３、位置Ｘ６における第二の部材３と第四の部材５の界面を界面４とすると、界面１〜４における平均圧力Ｐａｖと、断面積Ａの各材料における熱流束ｑは、
Ｐａｖ＝Ｆ／Ａ ［Ｐａ］…（４）
ｑ＝Ｑ／Ａ ［Ｗ／ｍ^２］…（５）
で与えられる。
【００４６】
この測定により、まず、通過する熱量Ｑ［Ｗ］を求めることができる。第三の部材４と第四の部材５の熱伝導率をそれぞれλ４、λ５［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］
とすれば、
Ｑ＝λ４×Ａ×｜（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｘ２−Ｘ１）｜ …（６）
Ｑ＝λ５×Ａ×｜（Ｔ８−Ｔ７）／（Ｘ８−Ｘ７）｜ …（７）
である。測定装置の断熱性が十分でないと、第三の部材４から第四の部材５まで熱が流れる間に周辺に熱がもれるため、第三の部材４と第四の部材５を通過する熱量Ｑの算出結果が一致しない場合があるが、この差が測定上の有効数字以下となるような、系の断熱方法を確保していることが望ましく、例えば、測定装置を恒温炉内に設置して第三の部材４から第四の部材５までの概略平均的な温度と、周辺環境の温度がほぼ等しくなるように雰囲気温度を制御することや、極めて熱伝導率の低い材料で周囲を覆うなどの方法が考えられる。
【００４７】
一方、通過熱量Ｑと熱伝導率λ４、λ５から、界面１、界面４における第三の部材４の温度Ｔ３［Ｋ］と第四の部材５の温度Ｔ６［Ｋ］を求めることができる。即ち、
Ｔ３＝（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｘ２−Ｘ１）×（Ｘ３−Ｘ１）＋Ｔ１…（８）
Ｔ６＝（Ｔ８−Ｔ７）／（Ｘ８−Ｘ７）×（Ｘ６−Ｘ７）＋Ｔ７…（９）
式（６）または（７）で得た熱量Ｑと、界面１，４における第三の部材４、第四の部材５の温度Ｔ３、Ｔ６の差ΔＴ＝Ｔ３−Ｔ６から、界面情報を含む熱抵抗Ｒｔｏｔ［Ｋ／Ｗ］を求めることができる。
【００４８】
Ｒｔｏｔ＝ΔＴ／Ｑ…（１０）
このＲｔｏｔには、界面１〜界面４における界面の熱抵抗Ｒｉｎｔ１〜Ｒｉｎｔ４と、樹脂１、第一の部材２、第二の部材３の熱伝導による熱抵抗Ｒｃｏｎｄ１、Ｒｃｏｎｄ２，Ｒｃｏｎｄ３が含まれる。即ち、
Ｒｔｏｔ＝Ｒｉｎｔ１＋Ｒｃｏｎｄ２＋Ｒｉｎｔ２＋Ｒｃｏｎｄ１＋Ｒｉｎｔ３＋Ｒｃｏｎｄ３＋Ｒｉｎｔ４ …（１１）
このうち、求める樹脂の熱抵抗をＲとすると、
Ｒ＝Ｒｉｎｔ２＋Ｒｃｏｎｄ１＋Ｒｉｎｔ３ …（１２）
であるから、あらかじめ、Ｒｉｎｔ１、Ｒｃｏｎｄ２、Ｒｃｏｎｄ３、Ｒｉｎｔ４を求めておく必要がある。この要素熱抵抗の求め方については、図６を用いて説明する。
【００４９】
図６は、樹脂をはさむ第一の部材２または第二の部材３における熱抵抗を測定する場合の構成を示す図である。ここでは、第一の部材２を含む構成を示すが、第二の部材３について測定する場合も同一の方法で測定できる。
【００５０】
第三の部材４と第四の部材５は熱伝導率、硬さの等しい同一の材料で作成し、かつ、断面積も等しいとする。また、その表面のうねり、粗さ、面の加工方法等は同一の条件で指定して仕上げ、統計的な誤差の範囲内で同じ面であるとする。また、第一の部材２についても上述のように、その面のうねり、粗さ、面の加工方法等は表裏面で同一の条件で指定して仕上げ、やはり統計的な誤差の範囲内で同じ面であるとする。
【００５１】
第一の部材２を第三の部材４、第四の部材５ではさみ、荷重Ｆを両側から加え、一定量の熱Ｑを流す。前記の条件から、第三の部材４と第一の部材２の界面、第四の部材５と第一の部材２の界面は、それぞれ、図１における第三の部材４と第一の部材２の界面と実質的に同一の界面であると言えるため、温度測定点Ｙ１、Ｙ２、Ｙ５、Ｙ６で測定した温度から通過する熱量Ｑを図１の手法と同様に算出し、位置Ｙ３、Ｙ４での界面における第三の部材４と第四の部材５の温度Ｔ３、Ｔ４を求めれば、その差ΔＴ＝Ｔ３−Ｔ４を通過する熱量Ｑで割った値が界面の情報を含む部材２の熱抵抗Ｒ２である。即ち、
Ｒ２＝Ｒｉｎｔ１＋Ｒｃｏｎｄ２＋Ｒｉｎｔ１…（１３）
として、図１に示した実験装置と同じ装置でＲ２を測定することができる。
なお、Ｒｃｏｎｄ２は第一の部材２の熱伝導率と断面積から一意的に定まるため、本来は測定の必要はないはずであるが、これも次の手順で測定できる。前記式（２）からわかるように、熱伝導率、断面積、通過する熱量が一定であれば、測定される温度差ΔＴは熱が通過する長さΔＬに比例する。そのため、第一の部材２として、熱が通過する方向の長さ、即ち、厚さの異なるものを複数用意して同様の測定を実施する。
【００５２】
例えば、標準的な厚さをΔＬとし、そのｎ倍の厚さｎΔＬのものとの２種類について測定する場合を考える。厚さΔＬの場合の熱抵抗をＲ２、厚さｎΔＬの場合の熱抵抗をＲ２＿ｎＬとすると、
Ｒ２ ＝Ｒｉｎｔ１＋Ｒｃｏｎｄ２＋Ｒｉｎｔ１ …（１４）
Ｒ２＿ｎＬ＝Ｒｉｎｔ１＋ｎＲｃｏｎｄ２＋Ｒｉｎｔ１ …（１５）
となるので、前記厚さのみが異なる複数の第一の部材２についてＲ２を測定することにより、第一の部材２を通過する熱伝導に起因する熱抵抗Ｒｃｏｎｄ２と、界面の熱抵抗Ｒｉｎｔ１を測定することができる。
【００５３】
Ｒｃｏｎｄ２＝（Ｒ２＿ｎＬ−Ｒ２）／（ｎ−１）…（１６）
Ｒｉｎｔ１ ＝（Ｒ２−Ｒｃｏｎｄ２）／２…（１７）
なお、ｎは一般に自然数をあらわすが、ここでは精度よく測定ができるのであれば、ｎは実数であっても構わない。
【００５４】
図６の方法を第二の部材３、第四の部材５についても同様に実施することにより、第二の部材３を通過する熱伝導に起因する熱抵抗Ｒｃｏｎｄ３と、第二の部材３と第四の部材５の、界面の熱抵抗Ｒｉｎｔ４を測定することができる。
【００５５】
なお、第三の部材４と第四の部材５が、例えば材質や加工方法が異なるとか、表面のうねりや粗さ、面の仕上げ方法等が異なり、実質的に異なる表面を有する異なった部材であるとみなされる場合は、第三の部材４、第四の部材５のそれぞれを複数本用意して、第三の部材４、第一の部材２、第三の部材４の構成による測定と、第四の部材５、第二の部材３、第四の部材５の構成による測定とを別々に実施することで、Ｒｉｎｔ１、Ｒｉｎｔ４、Ｒｃｏｎｄ２、Ｒｃｏｎｄ３を測定できる。
【００５６】
前記のように、実質的に同一の測定装置を用いた図１および図６に示した手法により複数の界面の熱抵抗Ｒｉｎｔ１〜Ｒｉｎｔ４と、熱伝導に起因する熱抵抗Ｒｃｏｎｄ１〜Ｒｃｏｎｄ３を測定することにより、求める熱抵抗Ｒを測定することが可能である。
【００５７】
次に、本実施形態における、測定試料の作成方法を説明する。本実施形態においては、樹脂１と、それをはさむ第一の部材２と、第二の部材３を第一の部材２、樹脂１、第二の部材３の順に熱が通過する方向に層状に重ねた構造としたところに特徴がある。
この場合、第一の部材２と第二の部材３は、例えば樹脂モールドされた半導体モジュールのリードフレームと絶縁層または放熱板や、半導体素子もしくはそれを搭載した熱拡散板と配線基板または放熱板、などに相当するが、樹脂を介してある部材から別の部材に熱が伝えられる構造であれば何でもよい。
【００５８】
図７において、前記第一の部材２、樹脂１、第二の部材３から構成された層状部材６は、樹脂１を使用する使用者側の実際の製造工程とほぼ同一の工程か、あるいは樹脂１を製品として使用する使用者側の概略標準的な工程を元に樹脂を供給する供給者側が定めた標準的な工程により作成される。
【００５９】
この場合、前記標準的な工程を定めて作成した試料について、図１および図６の方法を用いて界面の情報を含む樹脂１の熱抵抗を測定すること、および、測定方法を標準化することや、樹脂１の使用者側の製造工程にほぼ合致した工程で試料を作成して樹脂１の熱抵抗を測定すること自体が本発明に含まれる。
【００６０】
また、樹脂１をはさむ第一の部材２と、第二の部材３については、樹脂１の使用者側の製造工程にほぼ合致した工程で試料を作成する場合は、第一の部材２、第二の部材３の材料として、実際の製品で樹脂１と界面を有する材料を用いることも本発明に含まれるし、樹脂１の供給者側が標準的な工程を決めて、かつ、標準的な部材として第一の部材２、第二の部材３の材料、厚さ、表面加工方法等を定めて樹脂１の界面を含む熱抵抗を測定することも本発明に含まれる。
【００６１】
さらに、前記の界面を含む樹脂１の熱抵抗をデータベース化し、有償・無償で頒布したり、樹脂１の販売・頒布上の技術資料に記載したり、樹脂１を用いた製品の資料として用いることも本発明に含まれることは言うまでもない。
【００６２】
本実施形態において、第一の部材２、樹脂１、第二の部材３からなる層状試料６を作成する場合のパラメタとしては、第一の部材２、第二の部材３の材料や表面のうねり、粗さ、仕上げ方法や焼鈍等の表面処理のほかに、熱抵抗測定時に熱が通過する断面積、熱が通過する方向の各部材の厚さを含む。また、樹脂１をベーキング・固化させる場合はその温度プロファイルと雰囲気の制御方法など、樹脂１の材料や使用方法により異なる、製品への搭載時の形状・工程等の条件がすべてパラメタに含まれる。
【００６３】
なお、樹脂の界面を含む熱抵抗には経時変化があるのが一般的であるが、この、経時変化についても、樹脂を製造・販売・頒布する供給者側が標準化された形でデータを所有することは従来なかった。樹脂の界面を含む熱抵抗の時間的な変化を測定して熱抵抗の資料とすることも本発明に含まれる。その際の制御パラメタとしては、例えば、荷重、環境温度、環境湿度などが含まれる。また、樹脂が固化されていない場合などは、さらに、樹脂の厚さもパラメタに含む。
【００６４】
前記のような制御パラメタをそれぞれ所定の値に時間的に一定に保ったり、あるいはあるプロファイルを設定して時間的に変化させたりして樹脂の界面を含む熱抵抗の経時変化を測定すること、および、その方法、測定された結果を樹脂の物性情報として管理することはすべて、本発明に含まれる。
【００６５】
いずれにしても、部材・樹脂・部材の界面を含む熱抵抗であって、かつ、キュアやベーキング工程等を経て樹脂が変成した後の、もしくは変成がない場合を含めた、樹脂の熱抵抗を図１および図６で示した方法その他の方法により測定すること、および、樹脂の使用者側が自分たちの製品に搭載する前に、樹脂の供給者側もしくは供給者側あるいは使用者側から何らかの形で委託を受けた第三者、あるいは前記に属さない第三者が、当該樹脂の界面の熱抵抗を測定しておくこと自体に、本実施形態の特徴がある。
【００６６】
本発明における他の実施形態を、図７を用いて説明する。
図７は、荷重を一定に保つ、または、時間的な荷重プロファイルを定めて変化させる場合、即ち、荷重を管理して界面を含む樹脂の熱抵抗を測定する場合の、装置の構成を示す図である。
図７において、このように荷重を管理して界面を含む樹脂の熱抵抗を測定するのは、樹脂の熱が通過する方向もしくは荷重と平行な方向の長さ、即ち樹脂の厚さの変化が、荷重の変化や時間の経過に対し小さい場合に特に有効であるが、前記に該当しない樹脂であっても有効な方法であることは言うまでもない。
【００６７】
本実施形態における樹脂の熱抵抗の測定装置は、樹脂１およびそれをはさむ第一の部材２、第二の部材３からなる層状試料６と、層状試料６に荷重および熱を加える第三の部材４、第四の部材５を基本構成とする。
図７においては、図の上側から下側に向かって熱が流れる構成を示しているが、熱を流す方向は、第三の部材４、第一の部材２、樹脂１、第二の部材３、第四の部材５の順、またはその逆の順番に一次元的に熱が流せる構造であれば、鉛直下向きであろうと、鉛直上向きであろうと、あるいはそれ以外の方向であろうと、同様の効果を得ることができる。
【００６８】
このうち、図７では、鉛直下向きに、図の上から下向きに熱を流す場合を示す。この場合、第三の部材４近傍にヒータ等の熱源７を配置して熱的な信号を加え、第四の部材５近傍に水冷モジュール等の冷却装置８を配置して、層状試料６の温度を任意の値に制御できるようにする。第三の部材４と第四の部材５の周囲は、断熱材９で覆うことにより、空気等の周囲環境との対流熱伝達や輻射により、第三の部材４から層状試料６を経て第四の部材５に流れる熱の一部が装置外部へもれることを防止する。
【００６９】
なお、周囲環境温度を層状試料６の代表的な温度とほぼ等しく保つことができるような雰囲気制御が可能な場合は、前記断熱材９による断熱効果が十分でなくても、熱のもれは小さく抑えることが可能である。
【００７０】
層状試料６と第三の部材４、第四の部材５との間の、界面の圧力の平均値は加えた荷重を断面積で割った値に等しい。このため、加えている荷重の大きさをロードセル等の荷重計測装置１０で測定し、その結果を元にステージ１１の高さを制御して、荷重の大きさを一定に保つか、あるいは、荷重の時間的なプロファイルに従った設定値に保つことができる。
【００７１】
本実施形態において、図７では単一試料の測定系を示したが、同一装置内に複数の試料を測定するユニットを設けても構わない。また、荷重を制御するステージ１１と荷重計測装置１０の間に層状試料６が配置されるような位置関係を示しているが、これも層状試料６がステージ１１と荷重計測装置１０の間に配置される構造でなくても構わない。
【００７２】
本発明における他の実施形態を図８、図９を用いて説明する。
図８は、荷重層状試料６における熱が通過する方向、もしくは荷重と平行な方向の長さ、即ち厚さを一定の条件に管理して、界面を含む樹脂の熱抵抗を測定する場合の、装置の構成を示す図である。
【００７３】
このように厚さを管理して界面を含む樹脂の熱抵抗を測定するのは、樹脂が柔軟な構造体やグリースやゲル状であるか、あるいはその他の理由により、荷重を長期にわたって加えると樹脂が変形してしまったり、あるいは第一の部材２、第二の部材３の間から流れ出したり、はみ出してしまうような場合、即ち樹脂の厚さの変化が、荷重の変化や時間の経過に対し大きい場合に有効であるが、前記に該当しない場合であっても有効な方法であることは言うまでもない。
【００７４】
図８において、層状試料６およびそれをはさむ第三の部材４、第四の部材５以外に、厚さを定めるための第五の部材１２と第六の部材１３、およびスペーサ１４を配置した。図において、第三の部材４と第五の部材１２の長さ、および、第四の部材５と第六の部材１３の長さは、どのような試験時であっても、それぞれの長さが等しくなることが望ましい。
【００７５】
例えば、図８では同一の熱源７、同一の冷却装置８を、第三の部材４、層状試料６、第四の部材５の組と、第五の部材１２、スペーサ１４、第六の部材１３の組とが共有する場合を示しているが、それぞれ独立に熱源７と冷却装置８を持ち、かつ、第三の部材４と第五の部材１２、第四の部材５と第六の部材１３とは同一の材料、同一の寸法、同一の仕上げ加工品として、通過する熱量と温度分布を等しくするよう制御することなどが有効である。このような処置により、第三の部材４と第五の部材１２の下面、および、第四の部材５と第六の部材１３の上面は、それぞれ、同一の面内にある。図の上下方向がそのまま鉛直上下方向と一致する場合は、それぞれの組が別個の同一水平面内にあると言える。スペーサ１４の厚さは、層状試料６の厚さとして一定に保ちたい厚さと等しいものを用いる。
【００７６】
特に、雰囲気の温度を高温の条件で一定に保ったり、周期的に変化させる場合を考えると、各部材の線膨張係数および通過熱量、温度分布を層状試料６を含む側とスペーサ１４を含む側で極力等しくすることで、厚さを一定に管理することが可能となる。
【００７７】
また、スペーサ１４は極力線膨張係数が小さい材料であることが望ましい。このような材料を用いると、層状試料６における各部材２、３と樹脂１の熱伝導による熱抵抗と、樹脂１と部材２、および樹脂１と部材３との間の界面の熱抵抗を含む、層状試料６全体の熱抵抗と、層状試料６と部材４、５との間の界面の熱抵抗との合計と、スペーサ１４における熱伝導による熱抵抗と、スペーサ１４と部材１２、１３との間の界面の熱抵抗との合計とが、必ずしも一致しない場合が生じるため、温度分布に差が生じる場合があるが、このような場合、スペーサ１４の断面積を変化させることで、前記２種類の熱通過経路における熱抵抗がそれぞれ等しくなるようにスペーサ１４の形状をチューニングすることができる。
【００７８】
本実施形態においては、スペーサ１４により層状試料６の厚さを一定に保つことが可能であるため、樹脂１が柔軟な構造であったり、グリースやゲル状の材料であることにより、荷重を加えると製品搭載時の形状から大きく変形してしまったり、あるいは樹脂１が第一の部材２と第三の部材４の間からはみ出したり、流れ出してしまうことを防止し、厚さを一定に保って、界面の情報を含む樹脂１の熱抵抗を測定することができる。
【００７９】
図８では、測定装置内の２ヶ所において、第五の部材１２と第六の部材１３を用いてスペーサ１４を配置する構成を示したが、樹脂１をはさむ層状試料６の厚さを一定に保つことができるのであれば、１ヶ所のみでも問題ない。また、複数の層状試料６の熱抵抗を同時に測定できる、いわゆるマルチスタック式の構成となっている場合は、層状試料６を設置しない試験ユニットにおける、第一の部材２と第二の部材３の間にスペーサ１４をはさんでもよい。
【００８０】
図９は、本実施形態において、樹脂１がグリースやゲル状の部材であるなどの理由により、第一の部材２と第二の部材３の間から、長期的には流れ出してしまうような場合の、スペーサ１４を含んだ層状試料６の構成を示す図である。
図９において、第一の部材２と第二の部材３の向かい合った面の外周付近に溝を形成し、そこに内部が空洞になっている枠状のスペーサ１４をはめ込む構造とする。層状試料６作成時に、鉛直方向下側になっている第一の部材２、もしくは、第二の部材３の溝に、スペーサ１４をはめ込み、できた容器状の空間の中に樹脂１を入れ、残ったもう一方の部材を上からはめ込んで層状試料６を作成する。この場合、スペーサ１４の熱伝導率は極力小さい値であること、即ち、スペーサ１４は断熱材として用いることが可能な材料であることが望ましい。また、線膨張係数も極力小さい材料であることが望ましいのは言うまでもない。
【００８１】
なお、樹脂１と第一の部材２および第二の部材３の間にボイドが残ると、樹脂１と各部材２、３との間の界面の構造が製品搭載時の樹脂１と各部材２、３との間の界面の構造と異なってしまう場合は、例えばスペーサ１４に、図９のような、空気やもりすぎた樹脂１や空気をリークさせるためのドレーン１５を設け、層状試料６を作成する最後の工程でドレーン１５を、スペーサ１４と同じ材料か、あるいはそれ以外の熱伝導率の低い充填材を用いて埋めることにより、ボイドの発生や、厚さの変動、および、樹脂１の流出を防止することができる。
【００８２】
図９に示す本実施形態においても、あらかじめ、樹脂１がない場合の、第一の部材２、スペーサ１４、第二の部材３のみの場合の熱抵抗を測定しておくことにより、スペーサ１４と並列の熱の流れになる、第一の部材２と樹脂１の界面の熱抵抗Ｒｉｎｔ２、樹脂１の熱伝導による熱抵抗Ｒｃｏｎｄ２、樹脂１と第二の部材３の界面の熱抵抗Ｒｉｎｔ３の、熱抵抗の合計としての樹脂１の熱抵抗を、逆問題的に算出することが可能である。
【００８３】
本発明の他の実施形態を、図１０を用いて説明する。本実施形態においては、層状試料６に熱を加えるための熱源７および冷却装置８以外に、個々の層状試料６の界面の情報を含む熱抵抗を測定するユニットにおける第三の部材４と第四の部材５の周辺に、それぞれの温度を制御するための補助的な熱源１６と補助的な冷却装置１７を配置したことを特徴とする。前記の補助的な熱源１６は、例えばシートヒータや電気的な抵抗などで構わないし、補助的な冷却装置は、例えば冷媒の循環する配管などで構わない。いずれも、第三の部材４と第四の部材５の温度を制御するために使用する。
【００８４】
樹脂１の界面の情報を含む熱抵抗を測定する場合に、例えば恒温炉の中に測定装置全体を設置して、雰囲気温度を周期的に変化させて、熱抵抗の経時変化を測定することが要求される場合がある。このような場合、雰囲気温度の変調周期が十分長い場合を除き、層状試料６を含む測定系全体の熱容量の影響で、測定系の温度変動が雰囲気温度の制御に追随しないという問題がある。
【００８５】
この結果、雰囲気温度変調時にはそれぞれの構成部材が熱的なコンデンサの役割を果たしてしまい、第三の部材４、層状試料６、第四の部材５を通過する熱量がそれぞれ異なる場合が発生する。このような条件下では、図１および図６で示した方法により、層状試料６および樹脂１の界面の情報を含む熱抵抗を測定することはできない。
【００８６】
本実施形態においては、雰囲気温度の変調にあわせて補助的な熱源１６と補助的な冷却装置１７を制御することにより、常時第三の部材４、層状試料６、第四の部材５を通過する熱抵抗を測定するための熱の通過量を一定に保つことが可能であり、雰囲気温度を周期的に変化させた場合の樹脂１の界面を含む熱抵抗の経時変化を測定することができる。
なお、図１０においては、恒温炉のような雰囲気環境制御装置は図示しないが、そのような雰囲気環境制御装置がなくても有効な温度管理手段であることは言うまでもない。
【００８７】
本発明の他の実施形態における、樹脂の界面を含む熱抵抗のデータの開示方法を図１１〜図１５に示す。
【００８８】
図１１は、樹脂の熱抵抗の厚さ依存性について整理する場合を示した図である。
図１１において、樹脂の厚さを変化させると、ベーキング工程やキュア時にできあがる樹脂の組成も変化するため、樹脂の厚さに対し、樹脂内部の熱伝導に起因する熱抵抗は線形に変化するわけではないが、ここでは概念的な整理の方法を示す。例えば、樹脂内のフィラーの量とか、充填材の種類等を基準に比較されるべき樹脂について、樹脂をはさむ部材の材料および表面加工方法等は共通として、それぞれに樹脂について厚さの異なる試料を作成し、厚さ依存性を整理すると図１１のような図を得ることができる。
【００８９】
図１２は同一の樹脂について、ベーキング工程やキュア工程などの、異なる温度プロファイル（工程）で作成された場合の厚さ依存性を示す場合の表示方法の例である。また、図１３は同一の樹脂について、測定時の雰囲気、例えば、温度、湿度などを変化させた場合の厚さ依存性を示す場合の表示方法の例である。図１４は、樹脂に加える荷重が異なる場合の厚さ依存性を示す図である。
【００９０】
図１１〜図１４に概念的に示したように、樹脂の界面の情報を含む熱抵抗の表示・管理方法においては、樹脂の厚さを基準に管理する方法がある。
【００９１】
なお、このような連続的なグラフではなく、離散的なデータであっても、また、それを表にまとめた形式であっても、界面の情報を含む熱抵抗を測定して、それを樹脂の熱抵抗のデータとして扱うこと自体が本発明に含まれることは言うまでもない。
【００９２】
図１５〜図１８は、樹脂に加える荷重に対する、樹脂の界面の情報を含む熱抵抗の表示方法を示す図で、図１５は異なる樹脂に対する熱抵抗の荷重依存性を、図１６は製造工程の異なる場合の熱抵抗の荷重依存性を、図１７は雰囲気が異なる場合の熱抵抗の荷重依存性を、図１８は厚さが異なる場合の熱抵抗の荷重依存性を示すものである。このように、樹脂の界面の情報を含む熱抵抗の表示・管理方法においては、樹脂に加える荷重を基準に管理する方法がある。
【００９３】
図１１〜図１４に示した図では熱抵抗が厚さに対し非線形に単調増加する様式の、図１５〜図１８に示した図では熱抵抗が荷重に対し非線形に単調減少する様式の図を示したが、これはあくまでも概念であり、熱抵抗を評価した結果として、常に単調に変化するわけではなくても構わない。また、厚さ依存性や荷重依存性を整理するパラメタとしては、樹脂の種類、工程、雰囲気、厚さまたは荷重のほか、樹脂をはさむ部材の材質、加工および仕上げ方法などがある。さらに、前記のパラメタを変えた場合の、例えば雰囲気温度等の雰囲気依存性を図示・データ化することも本発明に含まれる。
【００９４】
図１９は、本発明における界面の情報を含む樹脂の熱抵抗の経時変化を表示した図である。図の横軸は経過時間で、例えば1000時間、10000時間といった長期的な劣化試験を実施する場合と、もっと短い時間での過渡的な変化の試験を実施する場合がある。
図１９では、異なる樹脂に対する界面の情報を含む熱抵抗の経時変化を整理する場合を示したが、雰囲気（温度、湿度など）や荷重、厚さその他の制御パラメタに対する経時変化を整理することはすべて同様の図で示すことができる。
【００９５】
なお、制御パラメタについては、一定の値に保持するだけでなく、時間的な変調をかける場合も含まれる。
【００９６】
例えば図２０に示すように、雰囲気温度を周期的に変化させる場合の界面の情報を含む樹脂の熱抵抗も、それ以外の各制御パラメタについて、図１９のように、横軸に雰囲気温度を制御開始してからの経過時間に対して整理することが可能である。
【００９７】
本発明においては、樹脂の界面の熱抵抗を含む熱抵抗の測定方法を示してきたが、これを等価的な熱伝導率や熱伝達率に置換えて整理することも、本発明に含まれる。
【００９８】
例えば、式（１）におけるＲｃｏｎｄを式（１２）のＲで置換え、熱伝導率λを樹脂の界面の情報を含む実効的な熱伝導率λｅｆｆに置換えると、
λｅｆｆ＝Ｌ／（Ｒ×Ａ）＝Ｌ／（（Ｒｉｎｔ２＋Ｒｃｏｎｄ１＋Ｒｉｎｔ３）×Ａ）…（１８）
となる。ここで、ＬとＡはそれぞれ、樹脂の熱が通過する方向の長さ、即ち樹脂の厚さと、熱が通過する方向と直交する断面の断面積である。
【００９９】
また、樹脂１をはさむ第一の部材２と第二の部材３の間の実効的な熱伝達率をｈｅｆｆ、実験的に求めた熱抵抗をＲとすると、
ｈｅｆｆ＝１／（Ｒ×Ａ）＝１／（（Ｒｉｎｔ２＋Ｒｃｏｎｄ１＋Ｒｉｎｔ３）×Ａ）…（１９）
となる。
【０１００】
これらの、実効的な熱伝導率λｅｆｆや実効的な熱伝達率ｈｅｆｆを樹脂の物性値として整理しても、界面の熱抵抗と熱伝導による熱抵抗の合計として測定した熱抵抗を基準に実効的な熱伝導率や熱伝達率に換算し、データとして管理することは、すべて本発明に含まれる。
【０１０１】
なお、本発明では、樹脂についてのみ記載してきたが、界面の熱抵抗の情報が必要な部材全ての実効的な熱抵抗の測定について、本発明は適用可能であり、はんだや、銀ペースト材などの導電性の接着剤、エラストマー、グリースその他の固体と固体を接合する全ての材料についても、同様の手法により実効的な熱抵抗、またはそれを換算した実効的な熱伝導率または実効的な熱伝達率として整理することができる。
【０１０２】
また、熱抵抗もしくは熱伝導率、熱伝達率のみならず、固体と固体を接合する部材の界面の影響を含む物性値を測定してカタログ化、データベース化して商業活動上の目的に利用することはすべて本発明に含まれる。
【０１０３】
また、本発明の実施形態においては、熱抵抗を測定する方法として、いわゆる定常法を用いた場合を示したが、本発明で目的とする、界面の情報を含む熱抵抗を測定できる方法であれば、どのような方法を用いても構わない。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明によれば、樹脂をはさむ部材と樹脂の界面の熱抵抗と、樹脂の熱伝導による熱抵抗の合計としての熱抵抗を樹脂の熱抵抗として測定することが可能であるため、実際の製品使用時の環境における樹脂の界面の情報を含む熱抵抗を、製品に搭載する前の段階からデータベース化し、製品設計時における試作期間の短縮やコストの低減が可能である。
【０１０５】
また、本発明によれば、樹脂の界面の情報を含む熱抵抗の測定方法について、標準的な測定方法を規定することが可能となるため、樹脂の供給者、使用者の双方にとって、共通化もしくは標準化された形で樹脂の物性値を管理することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明における樹脂の熱抵抗の測定方法を示す図である。
【図２】図２は、従来の定常法による部材の熱伝導率の測定方法を示す図である。
【図３】図３は、従来の定常法による接触熱抵抗の測定方法を示す図である。
【図４】図４は、樹脂のまわりに何もない場合のガスの抜け方を説明する図である。
【図５】図５は、樹脂が複数の部材にはさまれた場合のガスの抜け方を説明する図である。
【図６】図６は、本発明における樹脂をはさむ部材の熱抵抗の測定方法を示す図である。
【図７】図７は、荷重を管理する場合の樹脂の界面の情報を含む熱抵抗の測定装置の構成を示す図である。
【図８】図８は、厚さを管理する場合の樹脂の界面の情報を含む熱抵抗の測定装置の構成を示す図である。
【図９】図９は、厚さを管理する場合のスペーサの構成例を示す図である。
【図１０】図１０は、補助的な温度制御機能を搭載した場合の測定装置の構成を示す図である。
【図１１】図１１は、樹脂の熱抵抗の厚さ依存性を示す図である。
【図１２】図１２は、樹脂の熱抵抗の厚さ依存性を示す図である。
【図１３】図３は、樹脂の熱抵抗の厚さ依存性を示す図である。
【図１４】図１４は、樹脂の熱抵抗の厚さ依存性を示す図である。
【図１５】図１５は、樹脂の熱抵抗の荷重依存性を示す図である。
【図１６】図１６は、樹脂の熱抵抗の荷重依存性を示す図である。
【図１７】図１７は、樹脂の熱抵抗の荷重依存性を示す図である。
【図１８】図１８は、樹脂の熱抵抗の荷重依存性を示す図である。
【図１９】図１９は、樹脂の熱抵抗の経時変化を示す図である。
【図２０】図２０は、樹脂に加える周期的な雰囲気温度の変調を示す図である。
【符号の説明】
１…樹脂、２…樹脂をはさむ第一の部材、３…樹脂をはさむ第二の部材、４…層状試料をはさむ第三の部材、５…層状試料をはさむ第四の部材、６…第一の部材、樹脂、第二の部材から構成される層状試料、７…熱源、８…冷却装置、９…断熱材、１０…荷重計測装置、１１…ステージ、１２…層状試料の厚さを定める第五の部材、１３…層状試料の厚さを定める第六の部材、１４…スペーサ、１５…ドレーン、１６…補助的な熱源、１７…補助的な冷却装置。

Claims (6)

1. 樹脂を第一の部材と第二の部材ではさみ込んだ層状構造体を前記第一の部材と第二の部材の外側から第三の部材と第四の部材ではさみ込んで荷重を加え、前記第三の部材、第一の部材、樹脂、第二の部材、第四の部材の順、もしくは前記第四の部材、第二の部材、樹脂、第一の部材、第三の部材の順に熱を流して各部材および部材間熱抵抗を測定する樹脂の熱抵抗測定方法において、
   前記第三の部材と前記第一の部材との間の界面１と、前記第一の部材と前記樹脂との間の界面２と、前記樹脂と前記第二の部材との間の界面３と、前記第二の部材と前記第四の部材との間の界面４とを備え、
   前記第三の部材から前記第一の部材、樹脂、第二の部材、第四の部材の方向、もしくはその逆の順番に熱を流しながら荷重を加えて前記各界面を通過する熱量を求めるステップと、
   この熱量と前記第三の部材の温度と熱伝導率、および前記第四の部材の温度と熱伝導率から前記界面１の第三の部材側の温度と前記界面４の第四の部材側の温度を求めるステップと、
   前記界面１の第三の部材側の温度と前記界面４の第四の部材側の温度による温度差と流した熱量から前記界面１、界面２、界面３、界面４の界面における熱抵抗と前記第一の部材、樹脂、第二の部材の熱伝導による熱抵抗とを含む熱抵抗を一括して測定するステップと、
   前記第一の部材の熱伝導による熱抵抗をあらかじめ求め、この第一の部材を第三の部材、第四の部材ではさみ、前記第三の部材と第一の部材の界面１における界面の熱抵抗と前記第一の部材の熱伝導による熱抵抗とを含む熱抵抗を一括して測定し、測定された熱抵抗の合計から前記求めた第一の部材の熱伝導による熱抵抗を差し引くことにより前記第三の部材と第一の部材の界面１における界面の熱抵抗をあらかじめ求めるステップと、
   前記第二の部材の熱伝導による熱抵抗をあらかじめ求め、この第二の部材を第三の部材、第四の部材ではさみ、前記第四の部材と第二の部材の界面４における界面の熱抵抗と前記第二の部材の熱伝導による熱抵抗とを含む熱抵抗を一括して測定し、測定された熱抵抗の合計から前記求めた第二の部材の熱伝導による熱抵抗を差し引くことにより前記第四の部材と第二の部材の界面４における界面の熱抵抗をあらかじめ求めるステップと、
   前記一括して測定された前記界面１、界面２、界面３、界面４の界面における熱抵抗と前記第一の部材、樹脂、第二の部材の熱伝導による熱抵抗とを含む熱抵抗の合計から前記あらかじめ求めた前記第三の部材と第一の部材の界面１における界面の熱抵抗と第一の部材の熱伝導による熱抵抗の合計と前記第二の部材と第四の部材の界面４における界面の熱抵抗と第二の部材の熱伝導による熱抵抗の合計を差し引くことにより前記第一の部材と樹脂の界面２における界面の熱抵抗と前記樹脂の熱伝導による熱抵抗と前記樹脂と第二の部材の界面３における界面の熱抵抗の和を樹脂の熱抵抗として測定するステップとを備えたことを特徴とする樹脂の熱抵抗測定方法。
2. 請求項１記載の樹脂の熱抵抗測定方法において、
   前記樹脂が有する熱抵抗の初期値および時間的な変動を測定することを特徴とする樹脂の熱抵抗測定方法。
3. 請求項１記載の樹脂の熱抵抗測定方法を用いたものにおいて、
   温度や荷重の大きさ、あるいは湿度等、樹脂の熱抵抗に影響を与える因子、および前記因子の任意の組み合わせによって変化する被測定樹脂の熱抵抗の経時変化を測定した結果をデータベース化し、前記被測定樹脂を搭載する装置の熱的構造の設計に適用することを特徴とする樹脂を搭載する装置の熱的構造の設計方法。
4. 請求項１記載の樹脂の熱抵抗測定方法を用いたものにおいて、
   温度や荷重の大きさ、あるいは湿度等、樹脂の熱抵抗に影響を与える因子を所定の期間にわたり一定に保持した場合の被測定樹脂の熱抵抗を測定した結果をデータベース化し、前記被測定樹脂を搭載する装置の熱的構造の設計に適用することを特徴とする樹脂を搭載する装置の熱的構造の設計方法。
5. 請求項１記載の樹脂の熱抵抗測定方法を用いたものにおいて、
   温度や荷重の大きさ、あるいは湿度等、樹脂の熱抵抗に影響を与える因子を所定の期間にわたり一定の条件で変動させた場合の前記樹脂の熱抵抗を測定した結果をデータベース化し、前記被測定樹脂を搭載する装置の熱的構造の設計に適用することを特徴とする、樹脂を搭載する装置の熱的構造の設計方法。
6. 請求項１記載の樹脂の熱抵抗測定方法において、
   一定の条件で材質，寸法，表面のうねり・粗さの加工方法および精度を指定して作成された部材で前記樹脂をはさんだ場合の、前記部材と前記樹脂の間の界面の熱抵抗と、前記樹脂の熱伝導による熱抵抗の合計を、前記樹脂の熱抵抗として測定することを特徴とする樹脂の熱抵抗測定方法。

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