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JP7025204B2 - Heat sink and electronic device using it - Google Patents

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JP7025204B2
JP7025204B2 JP2017249580A JP2017249580A JP7025204B2 JP 7025204 B2 JP7025204 B2 JP 7025204B2 JP 2017249580 A JP2017249580 A JP 2017249580A JP 2017249580 A JP2017249580 A JP 2017249580A JP 7025204 B2 JP7025204 B2 JP 7025204B2
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Description

本開示は、ヒートシンクおよびこれを用いた電子装置に関する。 The present disclosure relates to a heat sink and an electronic device using the heat sink.

ヒートシンク上に、半導体素子、発熱素子、ペルチェ素子等の各種電子部品が搭載された電子装置が知られている。 An electronic device in which various electronic components such as a semiconductor element, a heat generating element, and a Pelche element are mounted on a heat sink is known.

近年では、電子部品の高出力化が進んできていることから、電子部品の出力時に生じる熱量が大きくなってきている。また、電子装置の小型化が進んできていることから、電子装置を構成するヒートシンクの小型化が求められている。そのため、小型であっても放熱特性に優れるように、基板に熱拡散層を直接載せたヒートシンクが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。 In recent years, as the output of electronic components has been increasing, the amount of heat generated at the time of output of electronic components has been increasing. Further, since the miniaturization of electronic devices is progressing, there is a demand for miniaturization of heat sinks constituting electronic devices. Therefore, a heat sink in which a heat diffusion layer is directly mounted on a substrate has been proposed so as to have excellent heat dissipation characteristics even if the size is small (see, for example, Patent Document 1).

特開平10-56114号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-56114

ここで、金属やセラミックス等からなる基板に熱拡散層を直接載せたヒートシンクの場合、電子部品の動作により、ヒートシンクの加熱および冷却が繰り返されたときに、熱拡散層が基板から剥がれるおそれがあった。そして、熱拡散層が基板から剥がれた場合、熱拡散層と基板との間に熱伝導を阻害する空隙が発生し、放熱特性が低下する。 Here, in the case of a heat sink in which the heat diffusion layer is directly mounted on a substrate made of metal, ceramics, etc., the heat diffusion layer may be peeled off from the substrate when the heat sink is repeatedly heated and cooled due to the operation of electronic components. rice field. When the heat diffusion layer is peeled off from the substrate, a gap that hinders heat conduction is generated between the heat diffusion layer and the substrate, and the heat dissipation characteristics are deteriorated.

本開示は、上記要求を満たすべく案出されたものであり、加熱および冷却が繰り返されても、長期間に亘って優れた放熱特性を維持できるヒートシンクおよびこれを用いた電子装置を提供することを目的とする。 The present disclosure has been devised to meet the above requirements, and provides a heat sink capable of maintaining excellent heat dissipation characteristics for a long period of time even after repeated heating and cooling, and an electronic device using the heat sink. With the goal.

本開示のヒートシンクは、第1面を有する基板と、該第1面上に接して位置する樹脂層と、該樹脂層上に接して位置する熱拡散層と、を備える。そして、該熱拡散層の前記第1面に沿った第1方向の熱伝導率は、前記熱拡散層の前記第1面に直行する第2方向の熱伝導率の8倍以上であるとともに、前記基板の熱伝導率より大きい。さらに、前記樹脂層の平均厚みは、前記熱拡散層の平均厚み以上である。 The heat sink of the present disclosure includes a substrate having a first surface, a resin layer located in contact with the first surface, and a heat diffusion layer located in contact with the resin layer. The thermal conductivity in the first direction along the first surface of the heat diffusion layer is 8 times or more the thermal conductivity in the second direction orthogonal to the first surface of the heat diffusion layer. It is larger than the thermal conductivity of the substrate. Further, the average thickness of the resin layer is equal to or larger than the average thickness of the heat diffusion layer.

本開示のヒートシンクは、加熱および冷却が繰り返されても、長期間に亘って優れた放熱特性を維持できる。 The heat sink of the present disclosure can maintain excellent heat dissipation characteristics for a long period of time even after repeated heating and cooling.

本開示のヒートシンクの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the heat sink of this disclosure. 図1に示すヒートシンクの断面図である。It is sectional drawing of the heat sink shown in FIG.

以下に本開示のヒートシンクおよびこれを用いた電子装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。 The heat sink of the present disclosure and an electronic device using the same will be described in detail below with reference to the drawings.

本開示のヒートシンク10は、図1および図2に示すように、第1面1aを有する基板1と、第1面1a上に接して位置する樹脂層2と、樹脂層2上に接して位置する熱拡散層3とを備える。ここで、熱拡散層3とは、第1面1aに沿った第1方向の熱伝導率と、第1面1aに直行する第2方向の熱伝導率とが異なる層のことである。このような層とは、例えば、グラフェン、グラファイトまたはカーボンナノチューブ等で構成される層である。なお、第1方向とは、図2における左右方向のことであり、第2方向とは、図2における上下方向のことであり、言い換えれば、熱拡散層3の厚み方向である。 As shown in FIGS. 1 and 2, the heat sink 10 of the present disclosure is located in contact with a substrate 1 having a first surface 1a, a resin layer 2 located in contact with the first surface 1a, and a resin layer 2. The heat diffusion layer 3 is provided. Here, the heat diffusion layer 3 is a layer in which the thermal conductivity in the first direction along the first surface 1a and the thermal conductivity in the second direction orthogonal to the first surface 1a are different. Such a layer is, for example, a layer composed of graphene, graphite, carbon nanotubes, or the like. The first direction is the left-right direction in FIG. 2, and the second direction is the up-down direction in FIG. 2, in other words, the thickness direction of the heat diffusion layer 3.

また、本開示のヒートシンク10において、熱拡散層3の第1方向の熱伝導率は、熱拡散層3の第2方向の熱伝導率の8倍以上であるとともに、基板1の熱伝導率より大きい。ここで、グラフェン、グラファイトまたはカーボンナノチューブで構成される層であっても、第1方向の熱伝導率が第2方向の熱伝導率の8倍以上に必ずなるわけではない。 Further, in the heat sink 10 of the present disclosure, the thermal conductivity of the heat diffusion layer 3 in the first direction is 8 times or more the thermal conductivity of the heat diffusion layer 3 in the second direction, and is based on the thermal conductivity of the substrate 1. big. Here, even in the layer composed of graphene, graphite, or carbon nanotubes, the thermal conductivity in the first direction is not always eight times or more the thermal conductivity in the second direction.

そして、このような構成を満足していることで、電子部品の出力時に生じる熱が、熱拡散層3において第1方向に効率よく拡散され、熱拡散層3から樹脂層2を介して基板1全体に熱が行き渡りやすくなることから、基板1全体で放熱することができる。 By satisfying such a configuration, the heat generated at the time of output of the electronic component is efficiently diffused in the first direction in the heat diffusion layer 3, and the heat diffusion layer 3 is passed through the resin layer 2 to the substrate 1. Since heat is easily distributed throughout, heat can be dissipated by the entire substrate 1.

さらに、本開示のヒートシンク10において、樹脂層2の平均厚みは、熱拡散層3の平均厚み以上である。ここで、樹脂層2と熱拡散層3とは化学的親和性が高い。そして、上記平均厚みの関係を満足していることで、樹脂層2を介して、熱拡散層3が基板1に強固に接合される。これにより、電子部品の動作により、ヒートシンク10の加熱および冷却が繰り返されても、熱拡散層3が樹脂層2から剥がれにくく、熱拡散層3と樹脂層2との間に熱伝導を阻害する空隙が発生しにくい。よって、上述した構成を満足していることで、本開示のヒートシンク10は、加熱および冷却が繰り返されても、長期間に亘って優れた放熱特性を維持できる。 Further, in the heat sink 10 of the present disclosure, the average thickness of the resin layer 2 is equal to or larger than the average thickness of the heat diffusion layer 3. Here, the resin layer 2 and the heat diffusion layer 3 have a high chemical affinity. Then, by satisfying the relationship of the average thickness, the heat diffusion layer 3 is firmly bonded to the substrate 1 via the resin layer 2. As a result, even if the heat sink 10 is repeatedly heated and cooled due to the operation of the electronic components, the heat diffusion layer 3 is less likely to peel off from the resin layer 2, and heat conduction between the heat diffusion layer 3 and the resin layer 2 is hindered. It is difficult for voids to occur. Therefore, by satisfying the above-mentioned configuration, the heat sink 10 of the present disclosure can maintain excellent heat dissipation characteristics for a long period of time even if heating and cooling are repeated.

また、本開示のヒートシンク10において、樹脂層2の平均厚みは、熱拡散層3の平均厚みの2倍以上5倍以下であってもよい。このような構成を満足するならば、熱拡散層3から基板1への熱伝導が効果的に行なわれるとともに、樹脂層2を介して、熱拡散層3が基板1にさらに強固に接合される。 Further, in the heat sink 10 of the present disclosure, the average thickness of the resin layer 2 may be 2 times or more and 5 times or less the average thickness of the heat diffusion layer 3. If such a configuration is satisfied, heat conduction from the heat diffusion layer 3 to the substrate 1 is effectively performed, and the heat diffusion layer 3 is more firmly bonded to the substrate 1 via the resin layer 2. ..

また、本開示のヒートシンク10において、熱拡散層3の平均厚みは、15μm以上40μm以下であってもよい。このような構成を満足するならば、電子部品の出力時に生じる熱を、熱拡散層3において第1方向に効率よく拡散しつつ、樹脂層2への熱を効果的に伝えることができる。なお、樹脂層2の平均厚みは、例えば、15μm以上200μm以下である。 Further, in the heat sink 10 of the present disclosure, the average thickness of the heat diffusion layer 3 may be 15 μm or more and 40 μm or less. If such a configuration is satisfied, the heat generated at the time of output of the electronic component can be efficiently diffused in the first direction in the heat diffusion layer 3, and the heat to the resin layer 2 can be effectively transferred. The average thickness of the resin layer 2 is, for example, 15 μm or more and 200 μm or less.

ここで、樹脂層2および熱拡散層3の平均厚みは、図2に示す断面となるようにヒートシンク10を切断し、クロスセクションポリッシャー(CP)にて研磨した断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて撮影し、撮影した写真において、樹脂層2および熱拡散層3のそれぞれ5箇所以上の厚みを測定して、平均値を算出することで求めればよい。 Here, the average thickness of the resin layer 2 and the heat diffusion layer 3 is obtained by cutting the heat sink 10 so as to have the cross section shown in FIG. 2, and polishing the cross section with a cross section polisher (CP) with a scanning electron microscope (SEM). ), And in the photograph taken, the thickness of each of the resin layer 2 and the heat diffusion layer 3 may be measured at five or more points, and the average value may be calculated.

また、本開示のヒートシンク10において、熱拡散層3の第1方向の熱伝導率は、熱拡散層3の第2方向の熱伝導率の40倍以上であってもよい。このような構成を満足するならば、電子部品の出力時に生じる熱が、熱拡散層3において第1方向にさらに効率よく拡散されることで、基板1全体で効率良く放熱することができる。 Further, in the heat sink 10 of the present disclosure, the thermal conductivity of the heat diffusion layer 3 in the first direction may be 40 times or more the thermal conductivity of the heat diffusion layer 3 in the second direction. If such a configuration is satisfied, the heat generated at the time of output of the electronic component is more efficiently diffused in the first direction in the heat diffusion layer 3, so that the heat can be efficiently dissipated in the entire substrate 1.

また、本開示のヒートシンク10は、平面透視において、熱拡散層3の面積をA、樹脂層2の面積をB、第1面1aの面積をCとしたとき、A<B<Cであってもよい。このような構成を満足するならば、樹脂層2を介して、熱拡散層3が基板1にさらに強固に接合
されるとともに、熱拡散層3から樹脂層2、樹脂層2から基板1へと熱が円滑に伝わることで、放熱特性が向上する。なお、A:B:Cは、1:1.02:1.1~1:1.2:1.5であってもよい。
Further, the heat sink 10 of the present disclosure has A <B <C when the area of the heat diffusion layer 3 is A, the area of the resin layer 2 is B, and the area of the first surface 1a is C in plan perspective. May be good. If such a configuration is satisfied, the heat diffusion layer 3 is more firmly bonded to the substrate 1 via the resin layer 2, and the heat diffusion layer 3 becomes the resin layer 2 and the resin layer 2 becomes the substrate 1. The smooth transfer of heat improves heat dissipation characteristics. In addition, A: B: C may be 1: 1.02: 1.1 to 1: 1.2: 1.5.

また、本開示のヒートシンク10における樹脂層2の主成分は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂またはシリコーン樹脂であってもよい。ここで、エポキシ樹脂、アクリル樹脂またはシリコーン樹脂を主成分とするとは、樹脂層2を構成する全成分100質量%のうち、エポキシ樹脂、アクリル樹脂またはシリコーン樹脂が50質量%以上占めることをいう。このような構成を満足するならば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂およびシリコーン樹脂は、他の樹脂に比べて耐熱性に優れることから、樹脂層2は、長期間に亘って、熱拡散層3や基板1との接合強度を維持することができる。 Further, the main component of the resin layer 2 in the heat sink 10 of the present disclosure may be an epoxy resin, an acrylic resin or a silicone resin. Here, the fact that the main component is an epoxy resin, an acrylic resin or a silicone resin means that the epoxy resin, the acrylic resin or the silicone resin accounts for 50% by mass or more of 100% by mass of all the components constituting the resin layer 2. If such a configuration is satisfied, the epoxy resin, acrylic resin, and silicone resin are superior in heat resistance to other resins. Therefore, the resin layer 2 is a heat diffusion layer 3 or a substrate for a long period of time. The bonding strength with 1 can be maintained.

ここで、樹脂層2を構成する主成分の確認方法としては、以下の方法で測定すればよい。まず、樹脂層2を削り取り、フーリエ変換赤外分光光度計(FTIR)を用いて、樹脂層2に含まれる樹脂を特定する。その後、図2に示す断面となるようにヒートシンク10を切断し、CPにて研磨した断面を観察面として、SEM付設のエネルギー分散型X線分析装置(EDS)により樹脂層2を測定する。この測定において、上記樹脂を構成する成分の合計量が他の成分の合計量よりも多ければ、上記樹脂が主成分であるとみなせばよい。 Here, as a method for confirming the principal component constituting the resin layer 2, the measurement may be performed by the following method. First, the resin layer 2 is scraped off, and the resin contained in the resin layer 2 is specified by using a Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR). After that, the heat sink 10 is cut so as to have the cross section shown in FIG. 2, and the resin layer 2 is measured by the energy dispersive X-ray analyzer (EDS) attached to the SEM with the cross section polished by CP as an observation surface. In this measurement, if the total amount of the components constituting the resin is larger than the total amount of the other components, it may be considered that the resin is the main component.

また、本開示のヒートシンク10における樹脂層2は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化硼素またはダイヤモンドからなるフィラー(以下、単にフィラーとも記載する)を含有していてもよい。このような構成を満足するならば、フィラーは樹脂に比べて熱伝導率が高いことから、フィラーを含有していることで樹脂層2の熱伝導率が高くなり、放熱特性が向上する。なお、樹脂層2は、樹脂層2を構成する全成分100質量%のうち、フィラーを10質量%以上45質量%以下含有していてもよい。 Further, the resin layer 2 in the heat sink 10 of the present disclosure may contain a filler made of aluminum oxide, aluminum nitride, boron nitride or diamond (hereinafter, also simply referred to as a filler). If such a configuration is satisfied, since the filler has a higher thermal conductivity than the resin, the inclusion of the filler increases the thermal conductivity of the resin layer 2 and improves the heat dissipation characteristics. The resin layer 2 may contain 10% by mass or more and 45% by mass or less of the filler in 100% by mass of all the components constituting the resin layer 2.

また、樹脂層2が含有するフィラーの材質が、基板1の材質と同じであるならば、樹脂層2の熱膨張係数が基板1の熱膨張係数に近くなり、加熱および冷却が繰り返されても、樹脂層2が基板1からさらに剥がれにくくなる。 Further, if the material of the filler contained in the resin layer 2 is the same as the material of the substrate 1, the coefficient of thermal expansion of the resin layer 2 becomes close to the coefficient of thermal expansion of the substrate 1, and even if heating and cooling are repeated. , The resin layer 2 is more difficult to peel off from the substrate 1.

ここで、樹脂層2におけるフィラーの含有量は、以下の方法で算出すればよい。まず、X線回折装置(XRD)を用いて、樹脂層2を測定し、得られた2θ(2θは、回折角度である。)の値よりJCPDSカードを用いて、樹脂層2に含まれるフィラーの同定を行なう。次に、樹脂層2を削り取り、削り取った樹脂層2の重量を測定した後、樹脂層2の樹脂を薬液で溶かし、残ったフィラーの重量を測定する。そして、フィラーの重量を、削り取った樹脂層2の重量で除算することで、フィラーの含有量を算出することができる。 Here, the content of the filler in the resin layer 2 may be calculated by the following method. First, the resin layer 2 is measured using an X-ray diffractometer (XRD), and the filler contained in the resin layer 2 is used from the obtained 2θ (2θ is a diffraction angle) value using a JCPDS card. Is identified. Next, the resin layer 2 is scraped off, the weight of the scraped resin layer 2 is measured, the resin of the resin layer 2 is dissolved with a chemical solution, and the weight of the remaining filler is measured. Then, the content of the filler can be calculated by dividing the weight of the filler by the weight of the scraped resin layer 2.

また、本開示のヒートシンク10における基板1の第1面1aのうち樹脂層2に接する接触部(以下、単に接触部とも記載する)は、粗さ曲線から求められる算術平均粗さRaが0.3μm未満であるとともに、粗さ曲線から求められるスキューネスRskが-0.5未満であってもよい。 Further, in the contact portion (hereinafter, also simply referred to as a contact portion) in contact with the resin layer 2 of the first surface 1a of the substrate 1 in the heat sink 10 of the present disclosure, the arithmetic mean roughness Ra obtained from the roughness curve is 0. It may be less than 3 μm and the skewness Rsk obtained from the roughness curve may be less than −0.5.

ここで、算術平均粗さRaとは、JIS B 0601(2013)に規定された値のことを言う。また、スキューネスRskとは、JIS B 0601(2013)に規定されており、粗さの平均高さを中心線とした際に、これに対する山部と谷部との比率を示す指標である。スキューネスRskが負ならば、谷部よりも山部となる領域の方が大きいことを示している。 Here, the arithmetic mean roughness Ra means a value specified in JIS B 0601 (2013). Further, the skewness Rsk is defined in JIS B 0601 (2013), and is an index showing the ratio of the mountain part and the valley part to the average height of the roughness as the center line. If the skewness Rsk is negative, it indicates that the mountainous region is larger than the valley region.

このような構成を満足するならば、接触部が凹凸の少なく、特に山部の少ない表面性状
となることから、接触部の熱抵抗が少なくなり、樹脂層2から基板2へと熱が円滑に伝わることで、放熱特性が向上する。
If such a configuration is satisfied, the contact portion has less unevenness and particularly has a surface texture with few peaks, so that the thermal resistance of the contact portion is reduced and heat is smoothly transferred from the resin layer 2 to the substrate 2. By transmitting, heat dissipation characteristics are improved.

さらに、本開示のヒートシンク10における接触部は、上述した算術平均粗さRaおよびスキューネスRskであるとともに、粗さ曲線から求められる最大断面高さRtが0.5μm以上5μm以下であってもよい。ここで、最大断面高さRtとは、JIS B 0601(2013)に規定されており、評価長さにおいて、最大山部の高さと最大谷部の深さとの和を示す指標である。 Further, the contact portion in the heat sink 10 of the present disclosure may have the above-mentioned arithmetic mean roughness Ra and skewness Rsk, and the maximum cross-sectional height Rt obtained from the roughness curve may be 0.5 μm or more and 5 μm or less. Here, the maximum cross-sectional height Rt is defined in JIS B 0601 (2013), and is an index indicating the sum of the height of the maximum peak portion and the depth of the maximum valley portion in the evaluation length.

このような構成を満足するならば、接触部は、樹脂層2との接触面積を大きく維持しつつも、突出した山部や谷部が少ない表面性状となることから、接触部の熱抵抗がさらに少なくなり、樹脂層2から基板1へと熱がさらに円滑に伝わることで、放熱特性が一層向上する。 If such a configuration is satisfied, the contact portion has a surface texture with few protruding peaks and valleys while maintaining a large contact area with the resin layer 2, so that the thermal resistance of the contact portion is increased. The amount is further reduced, and heat is more smoothly transferred from the resin layer 2 to the substrate 1, so that the heat dissipation characteristics are further improved.

ここで、第1面1aの接触部における、算術平均粗さRa、スキューネスRskおよび最大断面高さRtは、JIS B 0601(2013)に準拠して、以下の方法で測定すればよい。まず、樹脂を溶かす薬液を用いて、樹脂層2を溶かし、第1面1aの接触部を露出させる。その後、測定条件を、例えば、測定長さを2.0mm、カットオフ値を0.1mmとし、触針半径が2μmの触針の走査速度を0.1mm/秒に設定し、第1面1aの接触部において、少なくとも3ヵ所測定し、その平均値を求めればよい。 Here, the arithmetic mean roughness Ra, the skewness Rsk, and the maximum cross-sectional height Rt at the contact portion of the first surface 1a may be measured by the following method in accordance with JIS B 0601 (2013). First, the resin layer 2 is melted using a chemical solution that dissolves the resin, and the contact portion of the first surface 1a is exposed. After that, the measurement conditions are set, for example, the measurement length is 2.0 mm, the cutoff value is 0.1 mm, the scanning speed of the stylus having a stylus radius of 2 μm is set to 0.1 mm / sec, and the first surface 1a is set. At least three points may be measured at the contact portion of the above, and the average value may be obtained.

なお、図2に示す断面となるようにヒートシンク10を切断し、CPにて研磨した断面を、SEMを用いて観察した際に、第1面1aの接触部と、第1面1aのうち樹脂に接していない露出部分との表面性状が同じであると判断できる場合は、第1面1aの露出部分を測定し、その測定結果を第1面1aの接触部の測定結果であると見なしてもよい。 When the heat sink 10 was cut so as to have the cross section shown in FIG. 2 and the cross section polished by CP was observed using SEM, the contact portion of the first surface 1a and the resin of the first surface 1a were observed. If it can be determined that the surface texture is the same as that of the exposed portion that is not in contact with the surface, the exposed portion of the first surface 1a is measured, and the measurement result is regarded as the measurement result of the contact portion of the first surface 1a. May be good.

また、本開示のヒートシンク10における熱拡散層3の第1方向の熱伝導率は、基板1の熱伝導率の7倍以上であってもよい。このような構成を満足するならば、本開示のヒートシンク10の放熱特性が向上する。 Further, the thermal conductivity of the heat diffusion layer 3 in the heat sink 10 of the present disclosure in the first direction may be 7 times or more the thermal conductivity of the substrate 1. If such a configuration is satisfied, the heat dissipation characteristics of the heat sink 10 of the present disclosure will be improved.

また、本開示のヒートシンク10における基板1は、第1面1aに対向する第2面1bを有し、この第2面1bは、複数の突起を有していてもよい。ここで、突起とは、第2面1bにおいて、突起を有していない部分を結ぶ線よりも突出している部分のことを指す。また、第2面1bに関し、第1面1aに対向するとは、言い換えれば、第1面1aの反対に位置するということである。このような構成を満足するならば、本開示のヒートシンク10は、基板1の第2面1bに有する複数の突起により、放熱特性が向上する。 Further, the substrate 1 in the heat sink 10 of the present disclosure has a second surface 1b facing the first surface 1a, and the second surface 1b may have a plurality of protrusions. Here, the protrusion refers to a portion of the second surface 1b that protrudes from the line connecting the portions having no protrusion. Further, with respect to the second surface 1b, facing the first surface 1a means, in other words, being located opposite to the first surface 1a. If such a configuration is satisfied, the heat sink 10 of the present disclosure has improved heat dissipation characteristics due to a plurality of protrusions on the second surface 1b of the substrate 1.

なお、突起は、どのような材質で構成されていてもよいが、基板1と同じ材質で構成されているならば、基板1と突起との熱膨張の差により突起が脱落するおそれが低く、優れた放熱特性が持続する。 The protrusion may be made of any material, but if it is made of the same material as the substrate 1, there is a low possibility that the protrusion will fall off due to the difference in thermal expansion between the substrate 1 and the protrusion. Excellent heat dissipation characteristics are maintained.

また、本開示のヒートシンク10における突起は、第2面1bの正面視における平均径が10μm以上40μm以下であってもよい。なお、ここでの正面視とは、言い換えるならば、第2面1bの平面視のことである。このような構成を満足するならば、突起が基板1から取れるおそれが低いとともに、突起の表面積を大きくすることができることから、本開示のヒートシンク10の放熱特性が向上する。 Further, the protrusions in the heat sink 10 of the present disclosure may have an average diameter of 10 μm or more and 40 μm or less in front view of the second surface 1b. In other words, the front view here is a plan view of the second surface 1b. If such a configuration is satisfied, the possibility that the protrusions can be removed from the substrate 1 is low, and the surface area of the protrusions can be increased, so that the heat dissipation characteristics of the heat sink 10 of the present disclosure are improved.

ここで、第2面1bの正面視における突起の平均径については、以下の方法により算出することができる。まず、第2面1bを正面視した写真を、SEMを用いて撮影する。次に、この写真において、突起の輪郭を黒く縁取る。その後、縁取りを行なった写真を用い
て、画像解析ソフト「A像くん」(登録商標、旭化成エンジニアリング(株)製)の粒子解析という手法を適用して画像解析を行なう。そして、この画像解析により算出された各突起の円相当径の平均値を、第2面1bの正面視における突起の平均径とすればよい。なお、「A像くん」の解析条件としては、例えば結晶粒子の明度を「明」、2値化の方法を「自動」、シェーディングを「有」とすればよい。
Here, the average diameter of the protrusions in the front view of the second surface 1b can be calculated by the following method. First, a photograph of the second surface 1b viewed from the front is taken using an SEM. Next, in this photograph, the outline of the protrusion is outlined in black. After that, using the bordered photograph, image analysis is performed by applying a technique called particle analysis of image analysis software "A image-kun" (registered trademark, manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd.). Then, the average value of the circle-equivalent diameters of the protrusions calculated by this image analysis may be the average diameter of the protrusions in the front view of the second surface 1b. As the analysis conditions for "A image-kun", for example, the brightness of the crystal particles may be "bright", the binarization method may be "automatic", and the shading may be "presence".

また、本開示のヒートシンク10における基板1の材質としては、金属やセラミックス等である。金属としては、例えば、アルミニウム、銅、銀およびそれらの合金等が挙げられる。一方、セラミックスとしては、例えば、酸化アルミニウム質セラミックス、窒化珪素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスまたは炭化珪素質セラミックス等が挙げられる。なお、基板1が酸化アルミニウム質セラミックスからなるならば、加工が容易でありながら、機械的強度に優れる。また、基板1が窒化アルミニウム質セラミックスからなるならば、特に放熱特性に優れる。なお、例えば、酸化アルミニウム質セラミックスとは、セラミックスを構成する全成分100質量%のうち、酸化アルミニウムを70質量%以上含有するものである。 The material of the substrate 1 in the heat sink 10 of the present disclosure is metal, ceramics, or the like. Examples of the metal include aluminum, copper, silver and alloys thereof. On the other hand, examples of the ceramics include aluminum oxide ceramics, silicon nitride ceramics, aluminum nitride ceramics, silicon carbide ceramics, and the like. If the substrate 1 is made of aluminum oxide ceramics, it is easy to process and has excellent mechanical strength. Further, if the substrate 1 is made of aluminum nitride ceramics, the heat dissipation characteristics are particularly excellent. For example, aluminum oxide ceramics contain 70% by mass or more of aluminum oxide in 100% by mass of all the components constituting the ceramics.

ここで、本開示の回路基板10における基板1の材質は、以下の方法により確認することができる。まず、XRDを用いて、基板1を測定し、得られた2θの値よりJCPDSカードを用いて同定を行なう。次に、蛍光X線分析装置(XRF)を用いて、含有成分の定量分析を行なう。そして、例えば、上記同定により酸化アルミニウムの存在が確認され、XRFで測定したAlの含有量から酸化アルミニウム(Al)に換算した含有量が70質量%以上であれば、酸化アルミニウム質セラミックスである。 Here, the material of the substrate 1 in the circuit board 10 of the present disclosure can be confirmed by the following method. First, the substrate 1 is measured using XRD, and identification is performed using a JCPDS card from the obtained 2θ values. Next, a fluorescent X-ray analyzer (XRF) is used to perform a quantitative analysis of the contained components. Then, for example, if the presence of aluminum oxide is confirmed by the above identification and the content converted from the Al content measured by XRF into aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is 70% by mass or more, the aluminum oxide ceramics Is.

また、本開示の電子装置は、上述した構成のヒートシンク10と、ヒートシンク10の熱拡散層3上に位置する電子部品とを備えるものである。 Further, the electronic device of the present disclosure includes a heat sink 10 having the above-described configuration and electronic components located on the heat diffusion layer 3 of the heat sink 10.

ここで、電子部品とは、半導体素子、ペルチェ素子、発光素子、抵抗、コンデンサ、インダクタンスおよびスイッチング電源を含み、さらに、トランス、リレー、電動機等も含むものであってもよい。 Here, the electronic component includes a semiconductor element, a Pelche element, a light emitting element, a resistor, a capacitor, an inductance, and a switching power supply, and may further include a transformer, a relay, an electric motor, and the like.

次に、本開示のヒートシンクおよびこれを用いた電子装置の製造方法の一例について説明する。なお、以下の説明では、基板をセラミックスで構成した場合を例に挙げ、説明する。 Next, an example of the heat sink of the present disclosure and a method of manufacturing an electronic device using the heat sink will be described. In the following description, a case where the substrate is made of ceramics will be described as an example.

以下の方法で、第1面と、第1面に対向する第2面とを有する基板を作製する。まず、主成分となる原料(炭化珪素、酸化アルミニウム等)の粉末に、焼結助剤、バインダ、溶媒および分散剤等を添加して適宜混合して、スラリーを作製する。次に、このスラリーを用いて、ドクターブレード法により成形体を得る。 A substrate having a first surface and a second surface facing the first surface is produced by the following method. First, a sintering aid, a binder, a solvent, a dispersant and the like are added to the powder of the raw material (silicon carbide, aluminum oxide, etc.) as the main component and appropriately mixed to prepare a slurry. Next, using this slurry, a molded product is obtained by the doctor blade method.

また、成形体を得る他の方法としては、スラリーを噴霧造粒法(スプレードライ法)により噴霧乾燥して顆粒を造粒し、この顆粒を用いて、金型プレス法、ロールコンパクション法、または射出成形法を用いてもよい。 As another method for obtaining a molded product, the slurry is spray-dried by a spray granulation method (spray drying method) to granulate granules, and the granules are used by a mold pressing method, a roll compaction method, or a method. Injection molding may be used.

なお、マシニングによる切削、金型による打ち抜き、レーザ加工等を行なうことにより、任意形状の成形体とすることができる。 By cutting by machining, punching by a die, laser processing, etc., a molded body having an arbitrary shape can be obtained.

そして、基板の第2面となる成形体の表面に、突起となる部分を予め形成してもよい。例えば、凹部を有する型を表面に押し当てたり、レーザ加工やブラスト処理により表面を削ったりすることで、突起となる部分を形成してもよい。または、篩い等を用いて、突起となる粉末を、表面に振り掛けてもよい。 Then, a portion to be a protrusion may be formed in advance on the surface of the molded body to be the second surface of the substrate. For example, a mold having a recess may be pressed against the surface, or the surface may be scraped by laser processing or blasting to form a portion to be a protrusion. Alternatively, the powder to be a protrusion may be sprinkled on the surface by using a sieve or the like.

そして、この成形体を焼成することで、基板を作製する。なお、基板の第1面を任意の表面性状とするために、研磨加工してもよい。 Then, a substrate is produced by firing this molded product. In addition, in order to make the first surface of the substrate an arbitrary surface texture, it may be polished.

次に、第1面に沿った第1方向の熱伝導率が、第1面に直行する第2方向の熱伝導率の8倍以上であるとともに、基板の熱伝導率より大きい、例えば、グラフェン、グラファイトまたはカーボンナノチューブで構成される熱拡散層を準備する。 Next, the thermal conductivity in the first direction along the first surface is 8 times or more the thermal conductivity in the second direction orthogonal to the first surface, and is larger than the thermal conductivity of the substrate, for example, graphene. Prepare a thermal diffusion layer composed of graphite or carbon nanotubes.

次に、熱拡散層に両面接着テープである樹脂層を貼る。または、樹脂層となるペーストを熱拡散層に塗布した後、熱処理を行なうことで、熱拡散層上に樹脂層を形成する。ここで、樹脂層の平均厚みは、熱拡散層の平均厚み以上となるようにする。 Next, a resin layer, which is a double-sided adhesive tape, is attached to the heat diffusion layer. Alternatively, a paste to be a resin layer is applied to the heat diffusion layer and then heat-treated to form a resin layer on the heat diffusion layer. Here, the average thickness of the resin layer is set to be equal to or larger than the average thickness of the heat diffusion layer.

なお、樹脂層は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂またはシリコーン樹脂を主成分としてもよい。また、樹脂層に、放熱性を向上させるため、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化硼素またはダイヤモンドからなるフィラーを含有させてもよい。 The resin layer may be mainly composed of an epoxy resin, an acrylic resin or a silicone resin. Further, the resin layer may contain a filler made of aluminum oxide, aluminum nitride, boron nitride or diamond in order to improve heat dissipation.

次に、樹脂層を形成した熱拡散層を、カッター、裁断機、プレスによる打ち抜き、レーザーカット等といった方法で所定のサイズに切断する。その後、プレス機、圧延ロール、貼り合わせ用のローラー等を用いて、基板と樹脂層との間に大きな気泡が残らないように、樹脂層を有する熱拡散層を基板の第1面に貼り合せることで、本開示のヒートシンクを得る。 Next, the heat diffusion layer on which the resin layer is formed is cut to a predetermined size by a method such as a cutter, a cutting machine, punching with a press, laser cutting, or the like. After that, using a press machine, a rolling roll, a roller for bonding, etc., the heat diffusion layer having the resin layer is bonded to the first surface of the substrate so that large bubbles do not remain between the substrate and the resin layer. Thereby, the heat sink of the present disclosure is obtained.

また、本開示のヒートシンクの熱拡散層上に電子部品を搭載することによって、本開示の電子装置を得ることができる。なお、必要に応じて、金属ろう材、はんだ、熱硬化性樹脂接着材、グリースおよび両面接着テープ等からなる接合材を用いて、熱拡散層と電子部品とを接合してもよい。 Further, by mounting an electronic component on the heat diffusion layer of the heat sink of the present disclosure, the electronic device of the present disclosure can be obtained. If necessary, the heat diffusion layer and the electronic component may be joined by using a joining material made of a metal brazing material, solder, a thermosetting resin adhesive, grease, a double-sided adhesive tape, or the like.

1:基板
2:樹脂層
3:熱拡散層
10:ヒートシンク
1: Substrate 2: Resin layer 3: Heat diffusion layer 10: Heat sink

Claims (12)

第1面を有する基板と、
該第1面上に接して位置する樹脂層と、
該樹脂層上に接して位置する熱拡散層と、を備え、
該熱拡散層の前記第1面に沿った第1方向の熱伝導率は、前記熱拡散層の前記第1面に直行する第2方向の熱伝導率の8倍以上であるとともに、前記基板の熱伝導率より大きく、
前記樹脂層の平均厚みは、前記熱拡散層の平均厚み以上であり、
前記第1面のうち前記樹脂層に接する接触部は、粗さ曲線から求められる算術平均粗さRaが0.3μm未満であるとともに、粗さ曲線から求められるスキューネスRskが-0.5未満である
ヒートシンク。
A substrate having a first surface and
A resin layer located in contact with the first surface and
A heat diffusion layer located in contact with the resin layer is provided.
The thermal conductivity in the first direction along the first surface of the heat diffusion layer is 8 times or more the thermal conductivity in the second direction orthogonal to the first surface of the heat diffusion layer, and the substrate. Greater than the thermal conductivity of
The average thickness of the resin layer is equal to or greater than the average thickness of the heat diffusion layer .
In the contact portion of the first surface in contact with the resin layer, the arithmetic mean roughness Ra obtained from the roughness curve is less than 0.3 μm, and the skewness Rsk obtained from the roughness curve is less than −0.5. be
heatsink.
前記樹脂層の平均厚みは、前記熱拡散層の平均厚みの2倍以上5倍以下である請求項1に記載のヒートシンク。 The heat sink according to claim 1, wherein the average thickness of the resin layer is 2 times or more and 5 times or less the average thickness of the heat diffusion layer. 前記熱拡散層の平均厚みは、15μm以上40μm以下である請求項1または請求項2に記載のヒートシンク。 The heat sink according to claim 1 or 2, wherein the average thickness of the heat diffusion layer is 15 μm or more and 40 μm or less. 前記熱拡散層の前記第1方向の熱伝導率は、前記熱拡散層の前記第2方向の熱伝導率の40倍以上である請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のヒートシンク。 The heat sink according to any one of claims 1 to 3, wherein the thermal conductivity of the heat diffusion layer in the first direction is 40 times or more the thermal conductivity of the heat diffusion layer in the second direction. 平面透視において、前記熱拡散層の面積をA、前記樹脂層の面積をB、前記第1面の面積をCとしたとき、A<B<Cである請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のヒートシンク。 Any one of claims 1 to 4 in which A <B <C, where A is the area of the heat diffusion layer, B is the area of the resin layer, and C is the area of the first surface in planar fluoroscopy. Heat sink described in. 前記樹脂層の主成分は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂またはシリコーン樹脂である請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のヒートシンク。 The heat sink according to any one of claims 1 to 5, wherein the main component of the resin layer is an epoxy resin, an acrylic resin, or a silicone resin. 前記樹脂層は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化硼素またはダイヤモンドからなるフィラーを含有している請求項1乃至請求項6のいずれかに記載のヒートシンク。 The heat sink according to any one of claims 1 to 6, wherein the resin layer contains a filler made of aluminum oxide, aluminum nitride, boron nitride or diamond. 前記接触部は、粗さ曲線から求められる最大断面高さRtが0.5μm以上5μm以下である請求項1乃至請求項7のいずれかに記載のヒートシンク。 The heat sink according to any one of claims 1 to 7, wherein the contact portion has a maximum cross-sectional height Rt obtained from a roughness curve of 0.5 μm or more and 5 μm or less. 前記熱拡散層の前記第1方向の熱伝導率は、前記基板の熱伝導率の7倍以上である請求項1乃至請求項のいずれかに記載のヒートシンク。 The heat sink according to any one of claims 1 to 8 , wherein the thermal conductivity of the heat diffusion layer in the first direction is 7 times or more the thermal conductivity of the substrate. 前記基板は、前記第1面に対向する第2面を有し、該第2面は、複数の突起を有する請求項1乃至請求項のいずれかに記載のヒートシンク。 The heat sink according to any one of claims 1 to 9 , wherein the substrate has a second surface facing the first surface, and the second surface has a plurality of protrusions. 前記突起は、前記第2面の正面視における平均径が10μm以上40μm以下である請求項10に記載のヒートシンク。 The heat sink according to claim 10 , wherein the protrusion has an average diameter of 10 μm or more and 40 μm or less in front view of the second surface. 請求項1乃至請求項11のいずれかに記載のヒートシンクと、前記熱拡散層上に位置する電子部品とを備える電子装置。 An electronic device comprising the heat sink according to any one of claims 1 to 11 and an electronic component located on the heat diffusion layer.
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