特開 2022-130845 熱伝導性シートの製造方法およびマウントヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022130845

(43)【公開日】2022-09-07

(54)【発明の名称】熱伝導性シートの製造方法およびマウントヘッド

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20220831BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20220831BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 D

H05K7/20 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021029480

(22)【出願日】2021-02-26

(71)【出願人】

【識別番号】000108410

【氏名又は名称】デクセリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001771

【氏名又は名称】弁理士法人虎ノ門知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】久保 佑介

(72)【発明者】

【氏名】荒巻 慶輔

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 直哉

(72)【発明者】

【氏名】大橋 芳幸

(72)【発明者】

【氏名】滝原 尚登

【テーマコード（参考）】

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E322AA01

5E322AA03

5E322AA11

5E322FA04

5F136BA03

5F136BB18

5F136BC03

5F136BC06

5F136BC07

5F136FA11

5F136FA14

5F136FA15

5F136FA16

5F136FA25

5F136FA53

5F136FA55

5F136GA12

(57)【要約】

【課題】熱伝導性シートの加工を精度良く行う。
【解決手段】ヘッドの下降の際に、前記ヘッドに設けられた刃部により熱伝導材料を切断する抜き加工を行う工程と、前記ヘッドの下降の際に、前記刃部により切断された熱伝導材料の表面形状を、前記ヘッドに設けられた形成部により加工する工程と、前記ヘッドの上昇の際に、熱伝導材料を切断し、表面形状を加工されることにより得られた熱伝導性シートをピックアップする工程と、を含むことを特徴とする熱伝導性シートの製造方法。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヘッドの下降の際に、前記ヘッドに設けられた刃部により熱伝導材料を切断する抜き加工を行う工程と、
前記ヘッドの下降の際に、前記刃部により切断された熱伝導材料の表面形状を、前記ヘッドに設けられた形成部により加工する工程と、
前記ヘッドの上昇の際に、熱伝導材料を切断し、表面形状を加工されることにより得られた熱伝導性シートをピックアップする工程と、
を含むことを特徴とする熱伝導性シートの製造方法。

【請求項2】

ピックアップされた熱伝導性シートを指定場所に設置する工程を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性シートの製造方法。

【請求項3】

ピックアップされた熱伝導性シートを設置する指定場所は、当該熱伝導性シートの実装場所である、
ことを特徴とする請求項２に記載の熱伝導性シートの製造方法。

【請求項4】

熱伝導材料を切断する刃部と、
前記刃部により切断された熱伝導材料の表面形状を加工する形成部と、
を備えることを特徴とするマウントヘッド。

【請求項5】

前記形成部は、前記刃部の内側に設けられる、
ことを特徴とする請求項４に記載のマウントヘッド。

【請求項6】

前記熱伝導材料の表面形状を加工されることにより得られた熱伝導性シートを、ピックアップする治具を備える、
ことを特徴とする請求項４または５に記載のマウントヘッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱伝導性シートの製造方法およびマウントヘッドに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、パーソナルコンビュータ等の各種電子機器やその他の機器に搭載されている半導体素子においては、電子機器の更なる高性能化に伴って、高密度化、高実装化が進んでいる。半導体素子は、高性能化に伴って、駆動による放熱量は増加する傾向にある。駆動による放熱が蓄積されると半導体素子の駆動や周辺機器へ悪影響が生じることから、半導体素子は、熱を放熱等する各種冷却手段を備えている。半導体素子等の電子部品の冷却方法としては、当該機器にファンを取り付け、機器筐体内の空気を冷却する方式や、その冷却すべき半導体素子に放熱フィンや放熱板等のヒートシンクを取り付ける方法等が知られている。

【0003】

半導体素子にヒートシシクを取り付けて冷却する場合、半導体素子の熱を効率よく放出させるために、半導体素子とヒートシンクとの聞に、効率よく放熱させるための熱伝導性シートが設けられている。

【0004】

ところで、熱伝導性シートを使用する際に、空気（熱伝導率：０．０２３Ｗ／ｍ・Ｋ）が入ってしまうと密着性、熱特性に影響を与えてしまう。

【0005】

そこで、特許文献１には、熱伝導性シートを凸レンズ形状にすることで、中央から外側に空気を押し出しながら実装できるようにすることで、密着性や熱特性を良好にできるようにした技術が開示されている。

【0006】

特許文献１に開示の技術によれば、熱伝導性シート形状に該当する金型を準備し、複数の凸レンズ形状を含む多面取りシートを熱プレスにより作製し、作製した多面取りシートを個片に加工することで、凸レンズ形状の熱伝導性シートを作製する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第４７４１９４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、例えば多面取りシートからの熱伝導性シートの加工は、精度良く行われなければならない。

【0009】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、熱伝導性シートの加工を精度良く行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の熱伝導性シートの製造方法は、ヘッドの下降の際に、前記ヘッドに設けられた刃部により熱伝導材料を切断する抜き加工を行う工程と、前記ヘッドの下降の際に、前記刃部により切断された熱伝導材料の表面形状を、前記ヘッドに設けられた形成部により加工する工程と、前記ヘッドの上昇の際に、熱伝導材料を切断し、表面形状を加工されることにより得られた熱伝導性シートをピックアップする工程と、を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、熱伝導性シートの加工を精度良く行うことができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、実施の形態にかかる熱伝導性シートの外観構成を示す斜視図である。

【図2】図２は、熱伝導性シートの外観構成を示す側面図である。

【図3】図３は、熱伝導性シートの寸法関係を示す側面説明図である。

【図4】図４は、熱伝導性シートを製造する方法の一例を示す工程図である。

【図5】図５は、熱伝導性シートの外観構成の変形例を示す側面図である。

【図6】図６は、半導体装置の一例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に添付図面を参照して、熱伝導性シートの製造方法およびマウントヘッドの実施の形態を詳細に説明する。

【0014】

以下、本技術が適用された熱伝導性シートの製造方法およびマウントヘッドについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本技術は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

【0015】

図１は、実施の形態にかかる熱伝導性シートの外観構成を示す斜視図、図２は、熱伝導性シートの外観構成を示す側面図、図３は、熱伝導性シートの寸法関係を示す側面説明図である。

【0016】

図１ないし図３に示すように、本実施の形態の熱伝導性シート１は、所定の熱伝導材料からなり、例えば四角形状のシート本体部２の一方の面に凸状密着部３が設けられている。熱伝導性シート１は、当該シートの中央部分の厚さが周縁部分の厚さより厚く、全体形状として湾曲面を有する凸レンズ形状となるように構成されている。

【0017】

本発明の場合、シートの材料である熱伝導材料は、従来公知の材料を使用することができる。熱伝導性シートとしては、シリコーン樹脂に炭素繊維等の熱伝導性フィラー等の充填剤を分散含有させたものが広く用いられている。

【0018】

このような熱伝導性シートにおいては、更なる熱伝導率の向上が要求されている。一般には、高熱伝導性を目的として、マトリックス内に配合されている無機フィラーの充填率を高めることにより対応している。無機フィラーとしては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、水酸化アルミニウム等が挙げられる。

【0019】

しかし、無機フィラーの充填率を高めると、柔軟性が損なわれたり、無機フィラーの充填率が高いことから粉落ちが発生したりするため、無機フィラーの充填率を高めることには限界がある。

【0020】

そこで、高熱伝導率を目的として、窒化ホウ素、黒鉛等の鱗片状粒子、炭素繊維等をマトリックス内に充填させる。これは、鱗片状粒子等の有する熱伝導率の異方性によるものである。例えば、炭素繊維の場合には、繊維方向に約６００Ｗ／ｍ・Ｋ～１２００Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する。窒化ホウ素の場合には、面方向に約１１０Ｗ／ｍ・Ｋ、面方向に対して垂直な方向に約２Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率を有しており、異方性を有することが知られている。

【0021】

このように炭素繊維、鱗片状粒子の面方向を熱の伝達方向であるシートの厚み方向と同じにする、即ち、炭素繊維、鱗片状粒子をシートの厚み方向に配向させることによって、熱伝導を飛躍的に向上させることができる。

【0022】

なお、凸状密着部３の厚さ（高さ）は特に限定されることはないが、被着体に対する密着性を向上させる観点からは、シート本体部２の厚さＴに対し、凸状密着部３の厚さｔが０．０５Ｔ～０．２Ｔとなるように構成することが好ましい。

【0023】

より具体的には、シート本体部２の厚さＴが０．２～５．０ｍｍで、凸状密着部３の厚さｔが０．０１～１．０ｍｍの熱伝導性シートに好適に適用することができる。

【0024】

なお、本発明は、一般的な熱伝導性シートと同様、３０ｍｍ×３０ｍｍ以下の大きさを有する熱伝導性シートに好適に適用することができるものである。

【0025】

次に、熱伝導性シートを製造する方法の一例について説明する。

【0026】

図４は、熱伝導性シートを製造する方法の一例を示す工程図である。図４に示す例は、シート本体部２の一方の面に凸状密着部３を有する熱伝導性シート１を製造するものである（図１～図３参照）。

【0027】

図４に示すように、マウントヘッド２０は、形成部２０ａと、形成部２０ａの両端部に設けられた刃部２０ｂと、を備える。

【0028】

刃部２０ｂは、熱伝導材料７を切断する。形成部２０ａは、刃部２０ｂの内側に設けられ、切断された熱伝導材料７の表面形状を凸レンズ形状に加工するカーブ形状を有する。形成部２０ａおよび刃部２０ｂをこのような構成にすることにより、省スペース化を図ることができる。

【0029】

図４に示すように、マウントヘッド２０は、下降時に、熱伝導材料７を刃部２０ｂによって切断する抜き加工を行う（図４（ａ）（ｂ）参照）。この際、マウントヘッド２０は、刃部２０ｂによって切断される熱伝導材料７の表面形状を形成部２０ａのカーブ形状によって凸レンズ形状に加工する（図４（ｂ）参照）。

【0030】

このようにマウントヘッド２０は、下降時に、熱伝導材料７を刃部２０ｂによって切断する抜き加工を行うとともに、切断される熱伝導材料７の表面形状を形成部２０ａのカーブ形状によって凸レンズ形状に加工するため、多面取りシート（熱伝導材料７）からの個片加工を精度よく行うことができる。

【0031】

さらに、マウントヘッド２０は、上昇時に、熱伝導材料７を切断し、表面形状を凸レンズ形状に加工されることにより得られた熱伝導性シート１を、例えば刃部２０ｂによって挟んだ状態でピックアップする（図４（ｃ）参照）。

【0032】

最後に、マウントヘッド２０は、刃部２０ｂによって挟んだ状態でピックアップした熱伝導性シート１を指定場所に設置する（図４（ｄ）参照）。ここで、ピックアップした熱伝導性シート１を設置する指定場所とは、熱伝導性シート１の実装場所である電子部品（チップなど）５１である。なお、マウントヘッド２０による熱伝導性シート１のピックアップおよび設置は、エアで吸引するものであってもよいし、磁性金属粉が含まれている熱伝導性シート１をピックアップする場合には、磁場をかけて吸引するものであってもよい。すなわち、エアで吸引する装置や磁場をかけて吸引する装置は、熱伝導性シート１を、ピックアップする治具である。

【0033】

以上の一連の工程を経ることにより、熱伝導性シート１が形成される。なお、熱伝導性シート１は、実使用時に剥離シートが剥離されることにより、粘着性を有する樹脂被覆層が露出され、電子部品等への実装に供される。図４（ｅ）に示すように、熱伝導性シート１には、ヒートシンク５３等がエアを抜きながらマウントされる。

【0034】

上述の工程により形成された熱伝導性シート１は、復元率が９０％未満であることが望ましい。復元率が１００％では形状を維持しないからである。

【0035】

なお、上記実施の形態では、熱伝導性シート１の全体形状が凸レンズ形状となるように凸状密着部３を形成したが、本発明はこれに限られず、例えば錐体形状又は錐台形状の凸状密着部を設けることもできる。

【0036】

また、シート本体部２の形状も四角形状には限られず、放熱対象である電子部品の形状に対応させて種々の形状とすることができる。

【0037】

さらに、図５は、熱伝導性シートの外観構成の変形例を示す側面図である。図５に示すように、本変形例の熱伝導性シート１Ａは、上記実施の形態と同様の熱伝導材料からなるもので、例えば四角形状のシート本体部２の両方の面に凸状密着部３（３ａ、３ｂ）が設けられている。本実施の形態においても、当該シートの中央部分の厚さが周縁部分の厚さより厚く、全体形状として凸レンズ形状となるように構成されている。

【0038】

さらに、シート本体部２の両面側の部分に凸状密着部３（３ａ、３ｂ）が設けられている熱伝導性シート１Ａにおいては、各凸状密着部３（３ａ、３ｂ）の形状や高さを異ならせることも可能である。

【0039】

このように凸状密着部３（３ａ、３ｂ）を両面に有する熱伝導性シートを製造する場合、一方の凸状密着部３については、従来のように凸状密着部３の形状に対応する凹部６を有する金型５を用意して、熱伝導材料を加熱加圧するようにすればよい。

【0040】

［使用形態例］
実使用時においては、熱伝導性シート１は、剥離シートが剥離され、例えば、半導体装置等の電子部品や、各種電子機器の内部に実装される。

【0041】

熱伝導性シート１は、例えば、図６に示すように、各種電子機器に内蔵される半導体装置５０に実装され、熱源と放熱部材との間に挟持される。図６に示す半導体装置５０は、電子部品５１と、ヒートスプレッダ５２と、熱伝導性シート１とを少なくとも有し、熱伝導性シート１がヒートスプレッダ５２と電子部品５１との間に挟持される。熱伝導性シート１を用いることによって、半導体装置５０は、高い放熱性を有し、またバインダ樹脂中の磁性金属粉の含有量に応じて電磁波抑制効果にも優れる。

【0042】

電子部品５１としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＣＰＵ、ＭＰＵ、グラフィック演算素子、イメージセンサ等の各種半導体素子、アンテナ素子、バッテリーなどが挙げられる。ヒートスプレッダ５２は、電子部品５１の発する熱を放熱する部材であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。熱伝導性シート１は、ヒートスプレッダ５２と電子部品５１との間に挟持される。また熱伝導性シート１は、ヒートスプレッダ５２とヒートシンク５３との間に挟持されることにより、ヒートスプレッダ５２とともに、電子部品５１の熱を放熱する放熱部材を構成する。

【0043】

熱伝導性シート２１の実装場所は、ヒートスプレッダ５２と電子部品５１との間や、ヒートスプレッダ５２とヒートシンク５３との間に限らず、電子機器や半導体装置の構成に応じて、適宜選択できることは勿論である。また、放熱部材としては、ヒートスプレッダ５２やヒートシンク５３以外にも、熱源から発生する熱を伝導して外部に放散させるものであればよく、例えば、放熱器、冷却器、ダイパッド、プリント基板、冷却ファン、ペルチェ素子、ヒートパイプ、金属カバー、筐体等が挙げられる。

【0044】

このように本実施の形態によれば、ヘッドの下降の際に、ヘッドに設けられた刃部により熱伝導材料を切断する抜き加工を行うとともに、刃部により切断された熱伝導材料の表面形状を、ヘッドに設けられた形成部により加工し、ヘッドの上昇の際に、熱伝導材料を切断し、表面形状を加工されることにより得られた熱伝導性シートをピックアップすることにより、多面取りシートからの熱伝導性シート１の加工を精度良く行うことができる。また、熱伝導性シート１の製造のプロセスについては、簡易化・効率化が図られる。また、熱伝導性シート１の形状ごとの在庫管理が容易になる。

【0045】

また、本実施の形態によれば、加工直後に熱伝導性シート１を実装するので、加工後の運搬時に形状が崩れることがないので、使用時に最適な形状を維持することができる。

【符号の説明】

【0046】

１、１Ａ 熱伝導性シート
２ シート本体部
３、３ａ、３ｂ 凸状密着部
５ 金型
６ 凹部
７ 熱伝導材料
２０ マウントヘッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】