特許 7574585 放熱構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-21

(45)【発行日】2024-10-29

(54)【発明の名称】放熱構造体

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20241022BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20241022BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 D

H01L23/36 Z

H05K7/20 F

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020153167

(22)【出願日】2020-09-11

(65)【公開番号】P2022047322

(43)【公開日】2022-03-24

【審査請求日】2023-07-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100189555

【弁理士】

【氏名又は名称】徳山 英浩

(74)【代理人】

【識別番号】100091524

【弁理士】

【氏名又は名称】和田 充夫

(74)【代理人】

【識別番号】100172236

【弁理士】

【氏名又は名称】岩木 宣憲

(72)【発明者】

【氏名】三嶋 淳也

(72)【発明者】

【氏名】博田 知之

【審査官】庄司 一隆

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００８／０７８７８８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－１２９６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１３４７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－００４７３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発熱体と、前記発熱体で発生した熱を放熱する放熱部材との間に配置される放熱構造体であって、
前記発熱体が取り付けられる基板と、
前記基板と前記放熱部材との間に設けられ、前記基板に取り付けられた樹脂層と、
前記発熱体で発生した熱を前記樹脂層を介して前記放熱部材に伝熱する伝熱部と
を備え、
前記伝熱部が、
前記基板と前記樹脂層との間に設けられ、前記基板に沿って延びている板状の伝熱部材と、
前記基板と前記樹脂層との間でかつ前記基板と前記伝熱部材とに亘って設けられ、一部が前記伝熱部材と前記樹脂層との間に配置された導電層と
を有する、放熱構造体。

【請求項2】

前記導電層の弾性率に対する前記樹脂層の弾性率の比が、１/１０，０００以下であり、かつ、前記導電層の厚さに対する前記樹脂層の厚さの比が、８０以上である、請求項１の放熱構造体。

【請求項3】

前記導電層が、前記伝熱部材の周縁全体を覆うように構成されている、請求項１または２の放熱構造体。

【請求項4】

第１の前記伝熱部と、第２の前記伝熱部とを備え、
第１の前記伝熱部の前記導電層は、前記基板に沿った方向における第２の前記伝熱部の前記伝熱部材に最も近い第１の前記伝熱部の前記伝熱部材の周縁を覆うように配置されている、請求項１から３のいずれか１つの放熱構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、放熱構造体に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、半導体パッケージ等の発熱体と、ヒートシンク等の放熱体とを多層樹脂シートを介して密着させて、多層樹脂シートを介して発熱体から発生した熱を放熱する放熱構造が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１３４７７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前記放熱構造では、例えば、凹凸が大きく電位の異なる複数のパターンが設けられた板面を有するプリント基板の前記板面に多層樹脂シートを取り付けると、プリント基板と多層樹脂シートとの間に空隙が形成される場合がある。このような空隙が形成されると、プリント基板と多層樹脂シートと間の絶縁性が低下する場合がある。

【0005】

本開示は、絶縁性の高い放熱構造体を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様の放熱構造体は、
発熱体と、前記発熱体で発生した熱を放熱する放熱部材との間に配置される放熱構造体であって、
前記発熱体が取り付けられる基板と、
前記基板と前記放熱部材との間に設けられ、前記基板に取り付けられた樹脂層と、
前記発熱体で発生した熱を前記樹脂層を介して前記放熱部材に伝熱する伝熱部と
を備え、
前記伝熱部が、
前記基板と前記樹脂層との間に設けられ、前記基板に沿って延びている板状の伝熱部材と、
前記基板と前記樹脂層との間でかつ前記基板と前記伝熱部材とに亘って設けられ、一部が前記伝熱部材と前記樹脂層との間に配置された導電層と
を有する。

【発明の効果】

【0007】

前記放熱構造体によれば、基板と樹脂層との間に設けられ、基板に沿って延びている板状の伝熱部材と、基板と樹脂層との間でかつ基板と伝熱部材とに亘って設けられ、その一部が伝熱部材と樹脂層との間に配置された導電層とを有する伝熱部を備えている。このような構成により、基板と伝熱部材と樹脂層とで形成される空隙を導電層で樹脂層側から覆うことができるので、例えば、発熱体が電子部品であった場合において、空隙に起因する部分放電の発生を抑制できる。その結果、絶縁性の高い放熱構造体を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の一実施形態の放熱構造体を示す側面図。

【図2】図１のII-II線に沿った断面図。

【図3】図２のIII-III線に沿った断面図。

【図4】導電層および樹脂層の厚さおよび弾性率が、導電層および樹脂層と基板との間の密着性との関係に与える影響を説明するための第１の図。

【図5】導電層および樹脂層の厚さおよび弾性率が、導電層および樹脂層と基板との間の密着性との関係に与える影響を説明するための第２の図。

【図6】導電層および樹脂層の厚さおよび弾性率が、導電層および樹脂層と基板との間の密着性との関係に与える影響を説明するための第３の図。

【図7】導電層および樹脂層の厚さおよび弾性率が、導電層および樹脂層と基板との間の密着性との関係に与える影響を説明するための第４の図。

【図8】導電層および樹脂層の厚さおよび弾性率が、導電層および樹脂層と基板との間の密着性との関係に与える影響を説明するための第５の図。

【図9】導電層および樹脂層の厚さおよび弾性率が、導電層および樹脂層と基板との間の密着性との関係に与える影響を説明するための第６の図。

【図10】導電層および樹脂層の厚さおよび弾性率が、導電層および樹脂層と基板との間の密着性との関係に与える影響を説明するための第７の図。

【図11】導電層および樹脂層の厚さおよび弾性率が、導電層および樹脂層と基板との間の密着性との関係に与える影響を説明するための第８の図。

【図12】導電層および樹脂層の厚さおよび弾性率が、導電層および樹脂層と基板との間の密着性との関係に与える影響を説明するための第９の図。

【図13】図１の放熱構造体の変形例を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の一例を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向あるいは位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」を含む用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した本開示の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本開示の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。さらに、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必ずしも合致していない。

【0010】

本開示の一実施形態の放熱構造体１は、図１に示すように、発熱体１００と、発熱体１００で発生した熱を放熱する放熱部材２００との間に配置される。発熱体１００は、例えば、半導体等の電子部品を含み、放熱部材２００は、例えば、ヒートシンクを含む。

【0011】

放熱構造体１は、図１～図３に示すように、基板１０と、基板１０に取り付けられた樹脂層２０と、基板１０と樹脂層２０との間に設けられた伝熱部とを備えている。伝熱部は、発熱体１００で発生した熱を樹脂層２０を介して放熱部材２００に伝熱する。本実施形態では、２つの発熱体１００が基板１０に取り付けられており、放熱構造体１は、各発熱体１００に対応する２つの伝熱部（以下、第１の伝熱部３０および第２の伝熱部４０という。）を備えている。

【0012】

基板１０は、例えば、５０μｍ以上の厚さの銅箔を有するプリント基板であり、図３に示すように、発熱体１００が取り付けられた第１面１１と、厚さ方向において第１面１１とは反対側に配置された第２面１２とを有している。第２面１２には、樹脂層２０が取り付けられている。

【0013】

樹脂層２０は、例えば、無機フィラーを含むシリコーンで構成され、４００μｍ以上の厚さを有している。樹脂層２０は、厚さ方向の一端が発熱体１００に取り付けられ、厚さ方向の他端が放熱部材２００に取り付けられている。

【0014】

各伝熱部３０、４０は、板状の伝熱部材３１、４１と、導電層３２、４２とを有している。

【0015】

伝熱部材３１、４１は、例えば、銅で構成され、エッチングにより形成されている。本実施形態では、伝熱部材３１、４１は、例えば、５μｍ以下の厚さを有する略矩形の膜状で、図３に示すように、基板１０と樹脂層２０との間に設けられ、基板１０の第２面１２に沿って延びている。伝熱部材３１、４１は、基板１０を厚さ方向に貫通して延びる伝熱層３３、４３を介して発熱体１００に接続されている。

【0016】

導電層３２、４２は、例えば、銅、銀または黒鉛で構成され、めっき、スパッタリングまたは積層により形成されている。本実施形態では、導電層３２，４２は、５μｍ以下の厚さを有し、図３に示すように、基板１０と樹脂層２０との間でかつ基板１０と伝熱部材３１、４１とに亘って設けられ、その一部が伝熱部材３１、４１と樹脂層２０との間に配置されている。導電層３２、４２は、図２に示すように、伝熱部材３１、４１の周縁全体を覆うように配置され、基板１０と伝熱部材３１と樹脂層２０とで形成される空隙５０を樹脂層２０側から全体に亘って覆っている。

【0017】

ここで、本実施形態の放熱構造体１について、導電層３２、４２および樹脂層２０の厚さおよび弾性率が、導電層３２、４２および樹脂層２０と基板１０との間の密着性に与える影響を調べた。具体的には、厚さが５μｍで弾性率が１６Ｇｐａの導電層３２、４２と、厚さおよび弾性率の異なる樹脂層２０とを備えた複数の放熱構造体１について、樹脂層２０をその厚さが７０％になるまで基板１０に向かって押圧した状態で、導電層３２、４２および樹脂層２０と基板１０とが接触しているか否かを測定した。

【0018】

図４は、導電層３２、４２の弾性率に対する樹脂層２０の弾性率の比が、１/１００，０００で、導電層３２、４２の厚さに対する樹脂層２０の厚さの比が、１６０である場合の放熱構造体１を示している。図４の放熱構造体１では、導電層３２、４２および樹脂層２０と基板１０とが多くの部分において接触して、高い密着性が得られた。

【0019】

図５は、導電層３２、４２の弾性率に対する樹脂層２０の弾性率の比が、１/１００，０００で、導電層３２、４２の厚さに対する樹脂層２０の厚さの比が、８０である場合の放熱構造体１を示している。図５の放熱構造体１では、導電層３２、４２および樹脂層２０と基板１０とが多くの部分において接触して、高い密着性が得られた。

【0020】

図６は、導電層３２、４２の弾性率に対する樹脂層２０の弾性率の比が、１/１００，０００で、導電層３２、４２の厚さに対する樹脂層２０の厚さの比が、４０である場合の放熱構造体１を示している。図５の放熱構造体１では、導電層３２、４２と基板１０とは多くの部分において接触して、充分な密着性が確保されていたが、樹脂層２０と基板１０との間には多くの部分において隙間６０が形成されており、十分に高い密着性が得られなかった。

【0021】

図７は、導電層３２、４２の弾性率に対する樹脂層２０の弾性率の比が、１/１０，０００で、導電層３２、４２の厚さに対する樹脂層２０の厚さの比が、１６０である場合の放熱構造体１を示している。図７の放熱構造体１では、導電層３２、４２および樹脂層２０と基板１０とが多くの部分において接触して、高い密着性が得られた。

【0022】

図８は、導電層３２、４２の弾性率に対する樹脂層２０の弾性率の比が、１/１０，０００で、導電層３２、４２の厚さに対する樹脂層２０の厚さの比が、８０である場合の放熱構造体１を示している。図８の放熱構造体１では、導電層３２、４２および樹脂層２０と基板１０とが多くの部分において接触して、高い密着性が得られた。

【0023】

図９は、導電層３２、４２の弾性率に対する樹脂層２０の弾性率の比が、１/１０，０００で、導電層３２、４２の厚さに対する樹脂層２０の厚さの比が、４０である場合の放熱構造体１を示している。図９の放熱構造体１では、導電層３２、４２と基板１０とは多くの部分において接触して、充分な密着性が確保されていたが、樹脂層２０と基板１０との間には多くの部分において隙間６０が形成されており、高い密着性が得られなかった。

【0024】

図１０は、導電層３２、４２の弾性率に対する樹脂層２０の弾性率の比が、１/１，０００で、導電層３２、４２の厚さに対する樹脂層２０の厚さの比が、１６０である場合の放熱構造体１を示している。図１０の放熱構造体１では、樹脂層２０と基板１０との間には多くの部分において隙間６０が形成され、導電層３２、４２と基板１０との間に隙間７０が形成されており、十分に高い密着性が得られなかった。

【0025】

図１１は、導電層３２、４２の弾性率に対する樹脂層２０の弾性率の比が、１/１，０００で、導電層３２、４２の厚さに対する樹脂層２０の厚さの比が、８０である場合の放熱構造体１を示している。図１１の放熱構造体１では、樹脂層２０と基板１０との間には多くの部分において隙間６０が形成され、導電層３２、４２と基板１０との間に隙間７０が形成されており、十分に高い密着性が得られなかった。

【0026】

図１２は、導電層３２、４２の弾性率に対する樹脂層２０の弾性率の比が、１/１，０００で、導電層３２、４２の厚さに対する樹脂層２０の厚さの比が、４０である場合の放熱構造体１を示している。図１２の放熱構造体１では、導電層３２、４２と基板１０とは多くの部分において接触して、充分な密着性が確保されていたが、樹脂層２０と基板１０との間には多くの部分において隙間６０が形成されており、高い密着性が得られなかった。

【0027】

前記調査結果から、導電層３２、４２の弾性率に対する樹脂層２０の弾性率の比が、１/１０，０００以下になり、かつ、導電層３２、４２の厚さに対する樹脂層２０の厚さの比が、８０以上になるように、放熱構造体１を構成することで、導電層３２、４２および樹脂層２０の基板１０に対する密着性を高めることができることが分かった。

【0028】

放熱構造体１によれば、次のような効果を発揮できる。

【0029】

放熱構造体１では、基板１０と樹脂層２０との間に設けられ、基板１０に沿って延びている板状の伝熱部材３１、４１と、基板１０と樹脂層２０との間でかつ基板１０と伝熱部材３１、４１とに亘って設けられ、その一部が伝熱部材３１、４１と樹脂層２０との間に配置された導電層３２、４２とを有する伝熱部３０を備えている。このような構成により、基板１０と伝熱部材３１、４１と樹脂層２０とで形成される空隙５０を導電層３２、４２で樹脂層２０側から覆うことができるので、例えば、発熱体１００が電子部品であった場合において、空隙５０に起因する部分放電の発生を抑制できる。その結果、絶縁性の高い放熱構造体１を実現できる。

【0030】

導電層３２、４２の弾性率に対する樹脂層２０の弾性率の比が、１/１０，０００以下であり、かつ、導電層３２．４２の厚さに対する樹脂層２０の厚さの比が、８０以上である。このように構成により、導電層３２、４２および樹脂層２０の基板１０に対する密着性を高めることができる。その結果、例えば、発熱体１００が電子部品であった場合において、空隙５０に起因する部分放電の発生が抑制され、絶縁性の高い放熱構造体１を実現できる。

【0031】

導電層３２、４２が、空隙５０の全てを覆うように、つまり、伝熱部材３１、４１の周縁全体を覆うように構成されている。このような構成により、例えば、発熱体１００が電子部品であった場合において、空隙５０に起因する部分放電の発生をより確実に抑制できる。

【0032】

放熱構造体１によれば、次のように構成することもできる。

【0033】

伝熱部は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

【0034】

導電層３２、４２の弾性率に対する樹脂層２０の弾性率の比が、１/１０，０００よりも大きくなるように、導電層３２、４２および樹脂層２０の各々を構成してもよいし、導電層３２．４２の厚さに対する樹脂層２０の厚さの比が、８０未満になるように、導電層３２、４２および樹脂層２０の各々を構成してもよい。

【0035】

導電層３２、４２は、伝熱部材３１、４１の周縁全体を覆うように構成されている場合に限らず、図１３に示すように、伝熱部材３１、４１の周縁の一部を覆うように構成してもよい。図１３の放熱構造体１では、第１の伝熱部３０の導電層３２は、基板１０に沿った方向における第２の伝熱部４０の伝熱部材４１に最も近い第１の伝熱部３０の伝熱部材３１の周縁を覆うように配置されている。このように、基板１０に沿った方向において相互に最も近い空隙５１を覆うように各導電層３２、４２を配置することで、空隙５０に起因する部分放電の発生をより確実に抑制できる。

【0036】

つまり、放熱構造体１は、空隙５０を導電層３２、４２で覆うことが可能な任意の構成を採用できる。

【0037】

以上、図面を参照して本開示における種々の実施形態を詳細に説明したが、最後に、本開示の種々の態様について説明する。なお、以下の説明では、一例として、参照符号も添えて記載する。

【0038】

本開示の第１態様の放熱構造体１は、
発熱体１００と、前記発熱体１００で発生した熱を放熱する放熱部材２００との間に配置される放熱構造体１であって、
前記発熱体１００が取り付けられる基板１０と、
前記基板１０と前記放熱部材２００との間に設けられ、前記基板１０に取り付けられた樹脂層２０と、
前記発熱体１００で発生した熱を前記樹脂層２０を介して前記放熱部材２００に伝熱する伝熱部３０、４０と
を備え、
前記伝熱部３０、４０が、
前記基板１０と前記樹脂層２０との間に設けられ、前記基板１０に沿って延びている板状の伝熱部材３１、４１と、
前記基板１０と前記樹脂層２０との間でかつ前記基板１０と前記伝熱部材３１、４１とに亘って設けられ、一部が前記伝熱部材３１、４１と前記樹脂層２０との間に配置された導電層３２、４２と
を有する。

【0039】

本開示の第２態様の放熱構造体１は、
前記導電層３２、４２の弾性率に対する前記樹脂層２０の弾性率の比が、１/１０，０００以下であり、かつ、前記導電層３２、４２の厚さに対する前記樹脂層２０の厚さの比が、８０以上である。

【0040】

本開示の第３態様の放熱構造体１は、
前記導電層３２、４２が、前記伝熱部材３１、４１の周縁全体を覆うように構成されている。

【0041】

本開示の第４態様の放熱構造体１は、
第１の前記伝熱部３０と、第２の前記伝熱部４０とを備え、
第１の前記伝熱部３０の前記導電層３２は、前記基板１０に沿った方向における第２の前記伝熱部４０の前記伝熱部材４１に最も近い第１の前記伝熱部３０の前記伝熱部材３１の周縁を覆うように配置されている。

【0042】

なお、前記様々な実施形態または変形例のうちの任意の実施形態または変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせまたは実施例同士の組み合わせまたは実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態または実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本開示の放熱構造体は、例えば、パワーコンデショナに適用できる。

【符号の説明】

【0044】

１ 放熱構造体
１０ 基板
１１ 第１面
１２ 第２面
２０ 樹脂層
３０、４０ 伝熱部
３１、４１ 伝熱部材
３２、４２ 導電層
３３、４３ 伝熱層
５０ 空隙
６０、７０ 隙間
１００ 発熱体
２００ 放熱部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】