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JPH06334075A - 回路モジュール冷却用放熱スペーサー - Google Patents

回路モジュール冷却用放熱スペーサー

Info

Publication number
JPH06334075A
JPH06334075A JP13991693A JP13991693A JPH06334075A JP H06334075 A JPH06334075 A JP H06334075A JP 13991693 A JP13991693 A JP 13991693A JP 13991693 A JP13991693 A JP 13991693A JP H06334075 A JPH06334075 A JP H06334075A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
boron nitride
powder
silver powder
heat dissipation
platinum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP13991693A
Other languages
English (en)
Inventor
Shohei Tamaki
昭平 玉木
Hiroshi Nishikawa
洋 西川
Katsushi Tanaka
勝志 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denka Co Ltd
IBM Japan Ltd
Original Assignee
IBM Japan Ltd
Denki Kagaku Kogyo KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IBM Japan Ltd, Denki Kagaku Kogyo KK filed Critical IBM Japan Ltd
Priority to JP13991693A priority Critical patent/JPH06334075A/ja
Publication of JPH06334075A publication Critical patent/JPH06334075A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回路モジュールの冷却促進用に使用する放熱
スペーサーについて、熱膨張・収縮を吸収するに必要な
可撓性と、高い熱伝導率及び難燃性とを付与する。 【構成】 銀粉末、窒化ホウ素粉末及び白金系難燃化剤
が添加され、かつ金属網が介在されたシリコンゴムシー
トで放熱スペーサーを構成する。 【効果】 窒化ホウ素の存在により、銀粉末が入ってい
ても白金系難燃化剤の機能が損なわれず、良好な難燃性
が得られると共に、銀粉末と金属網による高い熱伝導率
が得られる。また、金属網によって、可撓性を維持した
状態で必要な強度が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、コンピューターの演算
回路を構成する回路モジュールの冷却促進用に使用する
放熱スペーサーに関する。更に詳しくは、カード冷却モ
ジュールや熱伝導モジュール(TCM:Thermal
Conductive Module)において、半
導体チップで発生した熱を冷却部材に効率よく伝達する
ために、半導体チップと冷却部材間のインターフェース
として使用する放熱スペーサーに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、熱伝導モジュールにおいては、発
熱・冷却に伴う熱膨張・収縮を吸収しつつ、半導体チッ
プで発生した熱を冷却部材に伝達できるよう、高精度に
加工したピストン状部材をスプリングによって半導体チ
ップに圧接し、このピストン状部材からそのベースを介
して熱を冷却部材に伝えている。従って、構造が複雑で
熱伝導抵抗も大きい。
【0003】一方、近年では大型コンピューターの演算
速度を高めるために、その回路は高集積化している。従
って、半導体チップの発熱量も増加しており、これに伴
って冷却効率を高めるために、熱伝導構造を簡略化する
と共に半導体チップと冷却部材間の熱伝導抵抗を最小限
に抑える必要性が高まっている。
【0004】熱伝導構造を簡略化し熱伝導抵抗を最小限
にするには、上記ピストン状部材に代えて、発熱・冷却
に伴う熱膨張・収縮を吸収できる可撓性を有し、しかも
熱伝導率が高く難燃性の材料で構成した単純な放熱スペ
ーサーを介在させることが考えられる。
【0005】熱伝導性及び難燃性を有する組成物として
は、エポキシ樹脂にダイアモンドや銀粉末を充填した組
成物が知られている(特開平2−202975号)。ま
た、白金系難燃化剤を加えたシリコーンゴムに銀粉末を
高充填することで、可撓性、熱伝導性及び難燃性を得る
ことも考えられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エポキ
シ樹脂にダイアモンドや銀粉末を充填したものでは、可
撓性が乏しいばかりか、実装時の熱伝導率が5W/m・
K未満であって不十分であり、しかも高温下における難
燃性も不十分である。また、白金系難燃化剤を加えたシ
リコーンゴムに銀粉末を充填すると、難燃性付与のため
に添加されている白金系難燃化剤の機能が阻害され、高
温下における十分な難燃性が得られなくなる。
【0007】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、回路モジュールの冷却促進用に使用する放
熱スペーサーについて、熱膨張・収縮を吸収するに必要
な可撓性と、高い熱伝導率及び難燃性とを付与すること
を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段及び作用】このために本発
明では、銀粉末、窒化ホウ素粉末及び白金系難燃化剤が
分散され、金属網が介在されたシリコーンゴムシートで
構成され、シリコーンゴム100体積部に対し、銀粉末
と窒化ホウ素粉末の合計量が65〜200体積部で、窒
化ホウ素粉末が7〜60体積部である放熱スペーサーと
しているものである。
【0009】シリコーンゴム、銀粉末及び窒化ホウ素粉
末の配合割合は、シリコーンゴム100体積部に対し
て、銀粉末と窒化ホウ素粉末の合計が65〜200体積
部であることが必要であり、好ましくは80〜140体
積部である。また、この中において、窒化ホウ素粉末は
7〜60体積部であることが必要であり、好ましくは1
0〜30体積部である。
【0010】銀粉末及び窒化ホウ素粉末の合計量が65
体積部未満では熱伝導率が低く、半導体チップで発生し
た熱を冷却部材に十分伝達することができなくなる。ま
た、銀粉末及び窒化ホウ素の合計量が200体積部を越
えると、得られる放熱スペーサーの強度が低下すると共
に可撓性が乏しくなり、取り扱い時に損傷しやすくなっ
て実用性が失われたり、熱膨張・収縮を吸収できなくな
る。更に、窒化ホウ素が7体積部未満では銀粉末の添加
による白金系難燃化剤の機能阻害を十分防止できなくな
って高い難燃性が得られず、逆に窒化ホウ素が60体積
部を越えると銀粉末の添加量が少なくなって高い熱伝導
率が得られなくなる。
【0011】本発明で使用する銀粉末としては、樹枝状
粉と箔片状粉のいずれか一方又は両者併用であることが
好ましい。樹枝状粉としては、−100メッシュ以下の
粒度のものが好ましく、箔片状粉としては、粒子厚さが
1μm以下でしかも−150メッシュ以下の粒度のもの
が90容積%以上であることが好ましい。
【0012】−100メッシュを越える大きな粒度の樹
枝状粉を用いたり、粒子厚さが1μmを越えるものや−
150メッシュを越える粒度のものが10%を越えて含
まれる箔片状粉を用いると、シリコーンゴムに充填した
際の銀粉末同志の接触面積が小さくなり、高い熱伝導率
が得にくくなる。
【0013】本発明で用いる窒化ホウ素粉末としては、
黒鉛化指数が10以下であるか、又は結晶子の大きさが
150Å以上のものが好ましい。
【0014】黒鉛化指数が10未満又は結晶子の大きさ
が150Å未満の窒化ホウ素を用いると、窒化ホウ素の
結晶化が未発達のために必要な高熱伝導率が得にくくな
る。
【0015】本発明に係る放熱スペーサーは、上記銀粉
末と窒化ホウ素粉末が分散され、しかも金属網が介在さ
れたシリコーンゴムシートで構成されているものであ
る。即ち、金属網を間に挟んで、上下が銀粉末と窒化ホ
ウ素粉末が分散されたシリコーンゴムで構成されたサン
ドイッチ構造を有するものである。
【0016】金属網は、熱伝導率を下げることなく、取
り扱い時及び一定の圧力下での実装時における破れ等の
損傷を生じない程度の強度をもたらす補強材として作用
するもので、材質としては、例えばステンレス、ニッケ
ル、アルミニウム、金、銀等が使用される。
【0017】金属網は、厚さが100μm以下で、空隙
率が40%以上のものが好ましい。
【0018】金属網の厚さが100μmを越えると、こ
の金属網を介在させたシリコーンゴムシートを裁断又は
打ち抜いて本発明に係る放熱スペーサーを得る際に変形
を生じやすく、この変形を生じた場合、半導体チップ及
び冷却部材との密着性が悪くなる。同時に、得られる放
熱スペーサーの可撓性も乏しくなるので、発熱・冷却に
伴う膨張・収縮を吸収しにくくなりやすい。膨張・収縮
を十分に吸収できないと、半導体チップで発生した熱を
冷却部材に十分伝達できなくなる。
【0019】金属網の空隙率が40%未満では、金属膜
の上下に位置する、銀粉末及び窒化ホウ素粉末が分散さ
れたシリコーンゴム同志の接触面積が小さくなって、熱
伝導率が低下しやすい。
【0020】銀粉末及び窒化ホウ素粉末と共にシリコー
ンゴムに添加分散される白金系難燃化剤は、難燃性をも
たらすもので、例えば塩化白金酸塩を用いることができ
る。この白金系難燃化剤のシリコーンゴムへの添加量
は、その種類によっても相違するが、0.5〜2重量%
であることが好ましい。
【0021】白金系難燃化剤によるシリコーンゴムの難
燃化機構については完全に解明されていないが、銀粉末
を分散させたシリコーンゴムに白金系難燃化剤を添加し
ても、白金系難燃化剤の機能が損なわれ、難燃性を付与
できない。
【0022】本発明では、銀粉末と窒化ホウ素粉末を併
用することで、銀粉末と共に白金系難燃化剤を添加した
場合に、白金系難燃化剤の難燃化機能が阻害されるのを
防止しているものである。即ち、本発明における窒化ホ
ウ素の併用は、白金系難燃化剤の難燃化機能が銀粉末に
よって阻害されるのを防止する作用をなすものである。
【0023】本発明に係る放熱スペーサーの製造は、次
のようにすることによって行うことができる。
【0024】まず、シリコーンゴム、銀粉末、窒化ホウ
素粉末、白金系難燃化剤及び有機過酸化物等の加硫剤を
混合した後、この混合物を例えばドクターブレード法等
でシート化し、金網を挟んだ積層体とする。
【0025】次いで、この積層体を、温度140〜17
0℃、圧力50〜100kg/cm2 で10〜50分間
加熱・加圧プレスし、一体化する。
【0026】これによって、シリコーンゴムをマトリッ
クスとした一体のシート得られるので、これを切断又は
トムソン刃による打ち抜き加工で実装部品形状に加工す
ることで、本発明に係る放熱スペーサーを得ることがで
きる。
【0027】尚、加熱・加圧プレスで得られる一体のシ
ートの厚さ、即ち本発明に係る放熱スペーサーの厚さは
0.2〜0.4mmが好ましい。
【0028】図1は、上記のようにして得られた本発明
に係る放熱スペーサーの使用状態を示すもので、基板1
上に設けられた半導体チップ2と冷却部材3の間に本放
熱スペーサー4が挟み込まれていおり、熱伝導構造が格
段に簡略化されている。
【0029】
【実施例】まず、実施例及び比較例で行った評価の方法
について説明する。
【0030】(1)熱伝導率 伝熱面積6cm2 のヒーターの直下に試料を敷き、更に
その下にアルミニウム製の放熱フィンを配置して、試料
の上下の温度を測定するための熱電対を配置した。
【0031】ヒーターにより、15Wの電力を試料側に
向かって流し、試料の上下の温度が上昇しなくなった時
点(定常状態に達した時点)で試料の上下の温度を測定
し、下式によって熱伝導率を算出した。
【0032】 λ=W・t/{S・(T1 −T2 )} λ(W/m・K):熱伝導率 t(m):試料の厚さ S(m2 ):伝熱面積 T1 (℃):試料上部(ヒーター側)温度 T2 (℃):試料下部(放熱フィン側)温度 W(W):伝熱量
【0033】(2)難燃性 UL−94に規定の燃焼試験に従って評価した。
【0034】(3)強度 丸棒を挟んで試料を180度屈曲させることを、半径R
=15mmの丸棒から徐々に丸棒の半径Rを小さくしな
がら行い、試料の屈曲部でのクラックの発生を目視で観
察し、クラックが観察された丸棒の最大半径Rで評価し
た。
【0035】即ち、この値が小さいほど強度が高く、熱
膨張・収縮を吸収する可撓性に優れる。
【0036】実施例1〜10及び比較例1〜5 市販のシリコーンゴム(東芝シリコーン社製「SRH−
32」)と、以下に示す市販の銀粉末、窒化ホウ素粉末
を表1及び表2に示す割合で混合し、更に加硫剤として
0.8重量%の2,5ジメチル2,5(ターシャリブチ
ルパーオキシ)ヘキサン及び1重量%の市販の白金系難
燃化剤(東芝シリコーン社製「SFG−32」)を添加
混合した後、ドクターブレード法でシート成形を行っ
た。
【0037】得られたシートの間に以下に示す金属網も
しくはガラスクロスを補強材として挟んで積層し、温度
165℃、圧力100kg/cm2 で30分間加熱・加
圧し、厚さ0.3mmの試料を作製した。尚、比較例4
においては、補強材を使用せずに試料を作製した。
【0038】得られた各試料についての熱伝導率、難燃
性及び強度を測定した結果を表1及び表2に示す。
【0039】(1)銀粉末 イ)樹枝状粉 −350メッシュ:福田金属箔粉工業社製電解銀粉「A
g−E−350] −100メッシュ:福田金属箔粉工業社製電解銀粉「A
g−E−100] −50メッシュ :福田金属箔粉工業社製電解銀粉「A
g−E−50] ロ)箔片状粉 福田金属箔粉工業社製高性能導電性銀粉「PUFF−S
ILVER−X800」(粒子厚さ0.4μm、−15
0メッシュ≧90体積%)
【0040】(2)窒化ホウ素粉末 イ)電気化学工業社製窒化ホウ素粉末「GP」(黒鉛化
指数=1.2、Lc=350Å) ロ)電気化学工業社製窒化ホウ素粉末「SP−2」(黒
鉛化指数=5、Lc=200Å) ハ)電気化学工業社製窒化ホウ素粉末「SP−1」(L
c=140Å)
【0041】(3)補強材 イ)関西金網社製ステンレス織金網(165メッシュ、
厚さ90μm、目開き109μm、空隙率50%) ロ)関西金網社製ステンレス織金網(250メッシュ、
厚さ70μm、目開き67μm、空隙率43%) ハ)鐘紡社製ガラスクロス「テキストグラスKS109
0」(厚さ0.05mm、質量46g/m2 、JIS・
R3414・EP05B相当)
【0042】
【表1】
【0043】
【表2】
【0044】
【発明の効果】本発明は、以上説明した通りのものであ
り、6W/m/K以上の大きな熱伝導率が得られ、しか
も可撓性と難燃性を有しているため、半導体チップと水
冷ジャケットやヒートシンク間のインターフェースとし
て使用することにより、従来の複雑な熱伝導機構を単純
化し、当該機構内の熱伝導抵抗を少なくさせ、熱伝導モ
ジュール、回路モジュールのコスト及び信頼性の向上を
図ることができるものである。また、冷却効率を高める
ことができるので、半導体チップの更なる高集積化を可
能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る回路モジュール冷却用放熱スペー
サーの使用状態の説明図である。
【符号の説明】
1 基板 2 半導体チップ 3 冷却部材 4 本放熱スペーサー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 勝志 滋賀県野洲郡野洲町大字市三宅800番地 日本アイ・ビー・エム株式会社野洲事業所 内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 銀粉末、窒化ホウ素粉末及び白金系難燃
    化剤が分散され、金属網が介在されたシリコーンゴムシ
    ートで構成され、シリコーンゴム100体積部に対し、
    銀粉末と窒化ホウ素粉末の合計量が65〜200体積部
    で、窒化ホウ素粉末が7〜60体積部であることを特徴
    とする回路モジュール冷却用放熱スペーサー。
JP13991693A 1993-05-20 1993-05-20 回路モジュール冷却用放熱スペーサー Withdrawn JPH06334075A (ja)

Priority Applications (1)

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JP13991693A JPH06334075A (ja) 1993-05-20 1993-05-20 回路モジュール冷却用放熱スペーサー

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JP13991693A JPH06334075A (ja) 1993-05-20 1993-05-20 回路モジュール冷却用放熱スペーサー

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JPH06334075A true JPH06334075A (ja) 1994-12-02

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JP13991693A Withdrawn JPH06334075A (ja) 1993-05-20 1993-05-20 回路モジュール冷却用放熱スペーサー

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JP (1) JPH06334075A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1126661A (ja) * 1997-07-01 1999-01-29 Denki Kagaku Kogyo Kk 放熱スペーサー
US6936919B2 (en) * 2002-08-21 2005-08-30 Texas Instruments Incorporated Heatsink-substrate-spacer structure for an integrated-circuit package
WO2017159252A1 (ja) * 2016-03-18 2017-09-21 信越化学工業株式会社 熱伝導性シリコーン組成物及び半導体装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH1126661A (ja) * 1997-07-01 1999-01-29 Denki Kagaku Kogyo Kk 放熱スペーサー
US6936919B2 (en) * 2002-08-21 2005-08-30 Texas Instruments Incorporated Heatsink-substrate-spacer structure for an integrated-circuit package
WO2017159252A1 (ja) * 2016-03-18 2017-09-21 信越化学工業株式会社 熱伝導性シリコーン組成物及び半導体装置
JPWO2017159252A1 (ja) * 2016-03-18 2018-09-20 信越化学工業株式会社 熱伝導性シリコーン組成物及び半導体装置

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