CN110301043B - 散热片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种对于发热体等被粘附体的密合性优异、易于操作的散热片。本发明的散热片11形成石墨片12、第1导热层13、第2导热层14依次层合了的散热部件11，所述第1导热层13是在高分子基质中分散导热填料而成，具有俯视时大于所述石墨片12的外形，所述第2导热层14是在高分子基质中分散导热填料而成，比所述第1导热层13柔软，并具有俯视时与所述第1导热层13相同或小于所述第1导热层13的外形。

Description

散热片
技术领域
本发明涉及一种在发热体和散热体之间配置使用的散热片。
背景技术
计算机和汽车部件等电子设备中采用了高性能的半导体元件或机械部件等，这些元件等生成的局部发热被称为热斑，对于这些发热不采取措施时会导致元件等的损坏。因此，为了消除热斑，尝试了用金属片或面方向的导热率极高的石墨片来对元件等的发热进行有效的散热。
然而，这类金属片和石墨片具有比较硬的表面，与半导体元件等发热体难以紧密地接触，发热体生成的热量得不到有效的扩散。为了解决这类问题，提出了在石墨片和发热体之间配置柔软的导热材料的方法。
例如，日本特开2013-102180号公报(专利文献1)中记载了与在石墨片上层合导热橡胶片的散热部件相关的技术方案。并且，日本特开2003-158393号公报(专利文献2)中记载了与在石墨片上层合相变片的散热部件相关的技术方案，日本特开2007-266518号公报(专利文献3)中记载了与在石墨片上涂布导热油脂的散热部件相关的技术方案。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-102180号公报
专利文献2：日本特开2003-158393号公报
专利文献3：日本特开2007-266518号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，采用日本特开2013-102180号公报(专利文献1)中记载的在石墨片上层合导热橡胶片的技术方案时，即便在发热体上压接配置散热部件来得到图14(a)所示的状态，解除该压接后，形状也会因导热橡胶片的橡胶弹性复原，变为图14(b)所示的状态，发热体的凹部或侧面与导热橡胶片的密合状态受损后会生成空隙。
另一方面，可以通过降低导热橡胶片的硬度来提高密合性。但导热橡胶片的硬度降低时，导热橡胶片在操作时会变形，进而出现无法将其适宜地装配在电子基板的发热体上、或厚度变不均匀后形成与发热体不密合的部分的问题。
再者，就日本特开2003-158393号公报(专利文献2)记载的层合相变片的技术方案而言，相变片的导热性较低，且加热后变为液相并薄膜化，因而在具有较大凹凸的发热体应用的情形，凸部薄膜化后会变为低热阻，但其他部分未必会薄膜化。并且，加热时变成液相后，相变片会在形成厚膜的凹部流动，从而相变片的延伸变得难以控制，会从指定的范围露出。
进而，就日本特开2007-266518号公报(专利文献3)记载的技术方案而言，导热油脂不具有回弹性，不会出现使用时复原后发热体的凹部或侧面与导热橡胶片的密合状态受损的问题。但在具备较大凹凸的发热体应用时，压接时的导热油脂的延伸变得难以控制，会从指定的范围渗出。并且，会有产生这类渗出或在不希望的部位附着等问题时难以去除导热油脂、制造时的操作性差的问题。
鉴于这些问题，本发明的目的是提供一种对于发热体或电子基板等被粘附体的密合性优异、易于操作的散热片。
解决问题的方法
为了实现上述目的，本发明的散热片采用以下构成。
即，一种散热片，该散热片是形成石墨片、第1导热层及第2导热层依次层合的散热部件的散热片，其特征在于，所述第1导热层是在高分子基质中分散导热填料而成，具有俯视时大于所述石墨片的外形，所述第2导热层是在高分子基质中分散导热填料而成，比所述第1导热层柔软，并具有俯视时与所述第1导热层相同或小于所述第1导热层的外形。
根据本发明，形成了石墨片、第1导热层及第2导热层依次层合的散热部件，因而具有因采用石墨片所带来的优异的导热性，利用导热层可以将发热体生成的热量有效地传递到石墨片。再者，本发明中，所述导热层为第1导热层与第2导热层的层合体，因而各导热层可以具有不同的特性。
第1导热层是在高分子基质中分散导热填料而成，具有俯视时大于石墨片的外形，因而第1导热层可以防止石墨粉从石墨片的端部脱落，具有导热性，可以保护石墨片的外形。此外，“俯视”是指从(具有)露出石墨片一侧的表面向其厚度方向观察散热片。并且，有将石墨片一侧称为上面、第2导热层一侧称为下面的情形，这些只是为了方便说明，对于散热片的使用形式并不构成限定。
第1导热层和第2导热层均是在高分子基质中分散导热填料而成，因而皆可以发挥优异的导热性。其中，第2导热层比第1导热层柔软，并具有俯视时与所述第1导热层相同或小于所述第1导热层的外形，因而第2导热层可以提高与发热体的密合性。相对于此，第1导热层可以构成为具有提高保形性和难以变形的操作性的功能。再者，在散热片的制造工序或将散热片装配在发热体的操作中，可以利用提高操作性的第1导热层来抑制石墨片及导热层的变形、及石墨片与导热层的剥离。
所述第1导热层可以构成为具有俯视时与石墨片相同的外形。根据本发明，石墨片、第1导热层及第2导热层可以构成为具有相同的外形。因此，本发明可以切割大的散热片来形成任意形状的小的散热片，制造简单且能够以低成本制造散热片。
所述第1导热层可以构成为具有俯视时大于石墨片的外形。根据本发明，第1导热层可以防止石墨粉从石墨片的端部脱落，具有导热性，可以保护石墨片的外形。此外，“俯视”是指从(具有)露出石墨片一侧的表面向其厚度方向观察散热片。并且，有将石墨片侧称为上面、第2导热层侧称为下面的情形，这些只是为了方便说明，对于散热片的使用形式并不构成限定。
就本发明的散热片而言，所述第1导热层的OO硬度可以超过30、所述第2导热层的OO硬度可以为30以下。根据本发明，第1导热层的OO硬度超过OO30，因而具有保形性，可以提高散热片的操作性。并且，第2导热层的硬度为OO30以下，因而用小的压接负荷即可以追随凹凸，可以使其密合在配置作为发热体的IC等各种电子元件后形成了凹凸的电子基板上。
就所述第2导热层而言，构成该导热层的高分子基质的含量为50质量％以下，该高分子基质单独的硬度以OO硬度计可以为3以下。本发明中，将构成第2导热层的高分子基质的含量设为50质量％以下、且除去导热填料后仅由该高分子基质构成时的硬度设为OO硬度的3以下，因而可以抑制高分子基质呈现的橡胶弹性，可以形成柔软且复原力小的第2导热层。
所述第1导热层可以构成为，俯视时从所述石墨片的外形露出的外侧部分厚于没有从所述石墨片的外形露出的内侧部分。本发明中，俯视时从第1导热层的石墨片的外形露出的外侧部分厚于没有从所述石墨片的外形露出的内侧部分，因而可以提高散热片的外缘的保形性。因此，从脱型膜剥离散热片时，易于抑制散热片的变形，可以提高散热片的操作性。另一方面，在与石墨片在上下方向重合的部分(所述内侧部分)，第1导热层的厚度变薄，因而在指定厚度的散热片的情形，第2导热层的厚度可以相对增加，可以提高对于发热体形成的凹凸的追随性。
所述第2导热层可以构成为，复原力小于所述第1导热层。第2导热层比第1导热层复原力小，因而可以提高对于配置作为发热体的IC等各种电子元件后形成了凹凸的电子基板的密合性。
所述散热片可以构成为，在具有所述石墨片的一侧的表面具有覆盖所述石墨片的保护层。根据本发明，具有覆盖石墨片一侧的表面的保护层，因而可以提高散热片的耐久性并防止石墨粉末从表面脱落等，可以保护石墨片。
所述散热片可以构成为，在具有所述石墨片的一侧的表面、或与其相反一侧的表面中的至少任意一个表面具有剥离层。在石墨片一侧的表面、或与其相反一侧的表面中的至少任意一个表面具有剥离层，因此，通过用剥离层覆盖散热部件的所述表面和所述与其相反一侧的表面，可以保护散热部件免受尘埃等的附着。并且，在电子基板安装时可以从散热部件轻松地剥离，操作性良好。
就所述第1导热层的导热率而言，可以大于所述第2导热层的导热率。即，相对于第2导热层，第1导热层为硬质且具有高的导热率，因而可以大量掺混导热填料。因此，在导热率提高的同时，利用导热填料的增强效果可以提高强度，可以使操作性变得更为良好。并且，与发热体的距离比第2导热层更远的第1导热层的导热率变高，可以有效地进行散热。
就所述第2导热层的导热率而言，可以大于所述第1导热层的导热率。散热片中，第2导热层基于发热体的形状来变形，因而可以相对增大第2导热层的厚度。在第2导热层的厚度大的情形，提高第2导热层的导热率将有助于提高散热片的散热性。并且，第1导热层中的导热填料的掺混量少于第2导热层时，可以形成薄膜且强韧的第1导热层。
就所述石墨片而言，可以是片状石墨的正反两面用保护膜覆盖了的层合石墨片。石墨片为片状石墨的正反两面预先用保护膜覆盖了的层合石墨片，因而可以防止石墨粉末的脱落。
发明的效果
根据本发明的散热片，操作性良好，与设置电子元件后表面生成了凹凸的电子基板等被粘附体的密合性良好。
附图说明
图1表示第1实施方式的散热片，图1(a)为其平面图，图1(b)为图1(a)的Ib-Ib线剖面图。
图2表示散热片的安装方法，图2(a)为附有剥离膜的状态的说明图，图2(b)为剥离一侧剥离膜的状态的说明图，图2(c)为剥离另一侧剥离膜的状态的说明图。
图3表示延续图2的散热片的安装方法，图3(a)为散热片安装在电子基板的位置的说明图，图3(b)为散热片压接在电子基板的状态的说明图。
图4是第2实施方式的散热片的与图1(b)相当的剖面图。
图5是第3实施方式的散热片的与图1(b)相当的剖面图，图5(a)表示保护层覆盖石墨片形式的散热片，图5(b)表示保护层覆盖一侧表面整体形式的散热片。
图6是第4实施方式的散热片的与图1(b)相当的剖面图，图6(a)表示第1导热层在保护层外侧露出形式的散热片，图7(b)表示保护层覆盖第1导热层形式的散热片。
图7是第5实施方式的散热片的与图1(b)相当的剖面图，图7(a)表示剥离层覆盖正反两面形式的散热片，图7(b)表示剥离层覆盖第2导热层侧的表面形式的散热片，图7(c)表示剥离层覆盖石墨片一侧的表面形式的散热片。
图8为表示各实施方式的变形例的散热片安装状态的说明图。
图9为表示散热片安装方法的变形例的说明图。
图10为表示散热片安装方法的其他变形例的说明图。
图11为表示散热片安装方法的另一变形例的说明图。
图12为散热片的导热层的外缘延伸的状态的说明图。
图13表示散热片对于电子基板的密合性的试验方法，图13(a)为表示散热体上覆盖散热片的位置的平面图，图13(b)为其正面图。
图14表示导热层采用反弹力高的橡胶的散热片的安装状态，图14(a)为在电子基板上压接了散热片后的说明图，图14(b)为解除了压接的状态的说明图。
图15表示导热层采用柔软材质的散热片的操作性，图15(a)为剥离剥离膜的状态的说明图，图15(b)为导热层的外缘延伸的状态的说明图。
符号的说明
10散热片(第1实施方式)、11散热部件、12石墨片、13第1导热层、13a厚壁部、14第2导热层、20散热片(第2实施方式)、21散热部件、22石墨片、23第1导热层、23a厚壁部、23b周壁部、24第2导热层、30,30a,30b散热片(第3实施方式)、31散热部件、32石墨片、33第1导热层、33a厚壁部、34第2导热层、35,35a,35b保护层、40,40a,40b散热片(第4实施方式)、41散热部件、42石墨片、43第1导热层、43a厚壁部、44第2导热层、46a,46c第2保护层、46b,46d保护层(第1保护层)、50,50a,50b散热片(第5实施方式)、5散热部件、52石墨片、53第1导热层、54第2导热层、57,57a,57b剥离层、60散热片(变形例)、61散热部件、62石墨片、63第1导热层、64第2导热层、68凹部、A1,A2散热片、b(柔软的)导热层、b1端部、c(硬质的)导热层、D固定件、E壳体,外壳、f1,f2剥离膜、G镊子、H发热体(电子部件)、P电子基板、R1,R2面积、S散热器(散热体)、T1,T2剥离宽度
具体实施方式
以下，结合实施方式进一步详细地说明本发明。此外，对于各实施方式中相同的材质、组成、制作方法、作用等省略重复说明。
第1实施方式(图1)
散热片的形状和材质
图1示出了本实施方式的散热片10。如图1(b)所示，散热片10形成了石墨片12、第1导热层13、第2导热层14依次层合的散热部件11。并且，如图1(a)所示，其外形为长方形(直角四边形)，第1导热层13要比石墨片12大，石墨片12的端部被第1导热层13的厚壁部13a围绕。此外，散热片的外形不局限于长方形，可以是任意的形状。例如，可以是其他多边形、圆形、或具有避开指定部位的孔。
石墨片12的结晶面在面方向延伸，在其面内各向同性地具有极高的导热率。因此，通过将其面方向整合到指定的方向，可以提高特定方向的导热率。
作为石墨片12，可以使用将天然石墨或人造石墨用作为原料来片状化了的石墨片，也可以使用通过高分子膜的热分解制作的人造石墨片(以下，简称为“薄膜热分解片”)。薄膜热分解片在片材面方向上的导热率尤为高，因而是优选的。
薄膜热分解片是将高分子膜在惰性气体、2400～3000℃的高温的条件进行烧制来得到。烧制可以在一个阶段、也可以分为两个阶段以上来进行。作为惰性气体，适宜的是氮气或氩气。
石墨化的高分子膜优选使用聚酰亚胺等芳香族高分子。这是由于，可以得到石墨结构发达的导热性高的石墨薄膜的缘故。高分子膜的厚度优选为400μm以下，更优选为10～200μm。
这类石墨片12的厚度优选为10～100μm，更优选为30～100μm。厚度小于10μm时，散热特性会下降。另一方面，使用超过100μm的石墨片时，散热特性也不会随着厚度的增加来提高，材料使用量的增加反而会导致价格上升。并且，厚度小于30μm时，石墨片的强度略有下降，此时为了提高保护的程度，优选并用保护层。另一方面，厚度在30μm以上时，出于石墨片的强度的观点是优选的。
第1导热层13是在高分子基质中分散导热填料而成，兼具有柔软性和定形性。并且，第1导热层13形成散热部件11的外形。第1导热层13具有大于石墨片1的外形，起到了保护石墨片12的作用。
对于第1导热层13的厚度没有特别的限定，在散热片10的外周部发挥保形性的前提下优选为薄膜。在散热片10的外周部、尤其是在从石墨片12的外形露出的第1导热层13的外侧部分具有保形性，因而如后述，可以有效地提高散热片10的操作性。就第1导热层13的厚度而言，例如，硬度为OO31时优选为300μm以上，OO40时优选为200μm以上，A50时可以为100μm以上。第1导热层13的厚度超过500μm时保形性也不会明显提高、反而热阻会上升，因而优选为500μm以下。
高分子基质为树脂或橡胶等高分子，优选为将由主剂和固化剂的混合体系构成的液态高分子组合物固化来得到。因此，就该液态高分子组合物而言，例如，可以包含未交联橡胶和交联剂，也可以包含含有交联剂的未交联橡胶和交联促进剂。并且，固化反应可以是常温固化，也可以是热固化。高分子基质为硅橡胶时，可以列举含烯基的有机聚硅氧烷和有机氢化聚硅氧烷等。并且，为聚酯类热塑性弹性体时，可以是二元醇和二羧酸，为聚氨酯类热塑性弹性体时，可以是二异氰酸酯和二元醇。这种高分子组合物(固化前高分子基质)中，优选使用固化后的高分子基质的硬度调整幅度大、导热填料的填充性好的加成反应型硅橡胶。采用硅橡胶时，也可以用作为柔软且复原力小的第2导热层14的高分子基质。
导热填料是将导热性赋予给高分子基质的材料，可以使用导热率高的粉末状材料。
作为导热填料，例如、可以列举金属、金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属氢氧化物、石墨等的粉末。作为金属，可以列举铝、铜、镍等，作为金属氧化物，可以列举氧化铝、氧化镁、氧化锌、石英等，作为金属氮化物，可以列举氮化硼及氮化铝等。并且，作为金属碳化物，可以列举碳化硅，作为金属氢氧化物，可以列举氢氧化铝。并且，作为石墨，可以列举球状石墨、鳞片状石墨、石墨化碳纤维等。这些导热填料中，氧化铝或铝导热率高且易于得到球状，因而是优选的，氢氧化铝易于得到且可以提高散热片的阻燃性，因而是优选的。并且，石墨粉末在石墨的结晶面方向具有极高的导热性，通过使结晶面定向在一定方向，可以提高导热层的导热率，因而是特别优选的。
对于导热填料的形状没有特别的限定，优选含有纵横比小的导热填料。这是由于，尤其是纵横比为2以下的导热填料可以抑制与固化前的液态高分子基质混合后的组合物的粘度的上升，易于大量填充导热填料的缘故。基于该理由，导热填料的形状优选为球状。
另一方面，石墨粉末为鳞片状或纤维状等高纵横比的石墨粉末时，在鳞片状的情形，石墨结晶在其长轴方向、即鳞片面内延伸，在纤维状的情形，石墨结晶在纤维轴方向延伸，因而通过使所述石墨粉末定向在指定方向，可以整合石墨的结晶方向，可以提高指定方向的导热性。
导热填料的平均粒径优选为0.5～100μm。平均粒径超过100μm时，薄膜的第1导热层13的制作会变得困难。另一方面，就平均粒径小于0.5μm的导热填料而言，比表面积变大后粘度易于上升，难以大量填充。但不对填充性能产生不良影响时，也可以含有小于0.5μm的导热填料。导热填料的平均粒径可以用激光衍射散射法(JIS R1629)测定的粒度分布的体积平均粒径来表示。
相对于高分子基质100质量份，优选含有导热填料300～2000质量份，更优选含有300～1700质量份。相对于高分子基质100质量份，导热填料的含量小于300质量份时，导热性会下降。另一方面，导热填料的掺混量增多时可以提高导热性，但超过2000质量份时粘度变得过高，会难以制造薄膜状的导热层。
以ASTM D2240规定的OO硬度计，第1导优热层13的硬度优选超过OO30。这是由于，第1导热层13的硬度超过OO30时可以具备所期望的保形性，可以提高散热片10的操作性的缘故。并且，第1导热层13的硬度为OO40以上时，在第1导热层13的厚度比较薄的情形也具有充分的保形性，因而更优选。另一方面，对于硬度的上限没有特别的限定，但由于具有一定的可挠性，ASTM D2240规定的A型硬度优选为A80以下。这是由于，超过A80时散热片10变脆、易于破损的缘故。
具有上述性质的第1导热层13在俯视时从石墨片12的外形露出的外侧部分具备厚壁部13a。厚壁部13a厚于没有从第1导热层13的石墨片12的外形露出的内侧部分。第1导热层13具有上述的厚壁部13a时，可以提高散热片10的外周的保形性。具体地说，在从脱型膜剥离散热片10时，可以有效地抑制散热片10被拉伸后变形的问题。因此，可以抑制将散热片10贴附在被粘附体、即发热体或电子基板上时从适宜的范围露出、或厚度不匀后生成不与发热体密合的部分的问题。即，可以有效地提高散热片10的操作性。
另一方面，第1导热层13中，与石墨片12在上下方向重合的部分的厚度薄。因此，在指定厚度的散热片10的情形，可以相对加大第2导热层14的厚度，可以提高对于发热体的凹凸的追随性。
第2导热层14是在高分子基质中分散导热填料而成。并且，第2导热层14比第1导热层13柔软，并形成俯视时与第1导热层13相同的外形。进而，第2导热层14具有比石墨片12大的外形。
就第2导热层14的厚度而言，至少要比被粘附体、即发热体的凹凸的高度厚，优选为发热体的凹凸的最大高度1.2倍以上的厚度。另一方面，对于厚度的上限没有特别的限定，但考虑到热阻上升的问题，优选为10mm以下。
用于第2导热层14的高分子基质、导热填料可以使用在第1导热层13中列举的材质，但高分子基质特别优选使用柔软的橡胶。具体地说，优选使用易于调整为OO30以下的硬度的加成反应型硅橡胶。
第2导热层14的硬度优选为OO30以下。第2导热层14的硬度为OO30以下时，用小的压接负荷也能够追随凹凸，并使之与具备凹凸的发热体密合。并且，第2导热层14的硬度更优选为OO20以下，进一步优选为OO5以下。另一方面，硬度的下限难以用OO硬度指定，优选以针入度计为200mm以下。针入度超过200mm时会产生流动性，散热片10压接贴附时会从指定的范围露出，散热片10的操作性变差。此外，上述针入度用JIS K2207规定的装置来进行测定。即，利用指定形状的针，将针与针固定器具的总重量(即，施加在试验片的重量)设为50g，进而使针进入试样5秒钟时的进入深度。
并且，就第2导热层14而言，复原力优选小于第1导热层13。通常，橡胶材料越柔软，压缩永久形变越小，因而具有从压缩状态的复原力大的倾向。因此，就比第1导热层13柔软的第2导热层14而言，复原力比第1导热层13大。但在本发明中，第2导热层14采用比第1导热层13柔软且复原力小的材料。
复原力由观察在安装了IC的电子基板上压接散热片10(或评价用材料)、片刻保持压接状态后，解除压接(释放)并经过一定时间后的电子基板与散热片10(或评价用材料)的密合状态得到的结果来进行判断。即，上述压接后，基于散热片10(或评价用材料)从电子基板上的IC的位置向电子基板的平面方向剥离了多大长度的剥离宽度来判断复原力。该剥离宽度为IC高度的3倍以下时，可以认为充分地维持了变形后的状态、复原力小，因而是优选的。最优选为几乎没有复原力、剥离宽度为0的情形。
对于柔软且复原力小的理由没有定论，但为了形成复原力小的导热层，第2导热层14优选采用以下的构成。即，用不含有导热填料的固化物的硬度约为OO3以下、用针入度表示时为150以上的高分子基质，将在包括导热填料等的总质量中所占的该高分子基质的含量控制在50质量％以下。通过这种构成，可以抑制高分子基质呈现的橡胶弹性，得到柔软且复原力小的第2导热层14。高分子基质的硬度超过OO3时，高分子基质的橡胶弹性变大，大量填充导热填料时复原力也会变大。另一方面，导热填料的填充量低于50质量％时，橡胶弹性也变大，第2导热层14的复原力也会变大。
就第2导热层14而言，用后述的实施例中所示的试验方法进行粘合性试验的结果优选为0.5N/cm2以上。第2导热层14具备0.5N/cm2以上的粘合力时，在没有压接的状态也易于维持与电子基板等被粘附体的密合性。
在导热层中定向导热填料时，优选在第1导热层13中使导热填料定向。这是由于，将发热体压接在散热片10后，第1导热层13的变形小、易于维持定向状态，但第2导热层14变形幅度大、定向容易紊乱，难以得到预期的定向效果的缘故。
第1导热层13和第2导热层14中，在不影响作为散热片10的功能的前提下可以含有各种添加剂。例如，也可以含有增塑剂、分散剂、偶联剂、粘合剂等有机成分。并且，也可以适当添加阻燃剂、抗氧化剂、着色剂等来作为其他成分。
散热片的制造方法
以下，说明散热片10的制造方法。
首先，准备在液态的高分子组合物均质地分散导热填料来形成第1导热层13的第1导热层用组合物(第1导热层用涂液)、及形成第2导热层14的第2导热层用组合物(第2导热层用涂液)，并准备预先切割成指定形状的石墨片12和微粘合性的剥离膜。
将切割后的石墨片12粘贴在剥离膜上。其次，用棒涂机涂布第1导热层用组合物并使其固化后，从而形成均匀的膜厚并覆盖石墨片12，由此形成第1导热层13。随后，在第1导热层13的表面涂布第2导热层用组合物并使其固化，从而形成第2导热层14。最后，在从石墨片12的外缘向外侧偏移的位置切割第1导热层13和第2导热层14，由此可以制造散热片10。
此外，作为第1导热层13和第2导热层14的成形方法，除了棒涂法以外，还可以列举刮刀法、挤出成形法(T模法等)、压延成形法、冲压成形法、注模法等。因此，就第1导热层用组合物和第2导热层用组合物的粘度而言，结合各形成方法优选在可以形成所期望的薄膜的范围内。
并且，上述制造方法只是一个示例，本发明并不局限定于此，例如，在具有可以将第1导热层13和第2导热层14彼此贴合程度的粘合性的情形，可以贴合分别形成的第1导热层13和第2导热层14并使之一体化。并且，在没有粘合性的情形，也可以利用粘合剂等进行层合，但粘合剂层有可能导致耐热性或导热性的下降，因此优选不采用粘合剂层。
散热片的安装结构
出于防止尘埃等附着等的观点，散热片10在用剥离膜覆盖其两面的状态来进行制造。因此，进行在设置有发热体等的电子基板上安装散热片10的操作时，这些剥离膜从散热片10上被去除。该剥离膜可以与散热片10的制造中使用的剥离膜相同，也可以去除制造时使用的剥离膜后附上其他剥离膜。
以下，参照图2和图3来说明散热片10在电子基板P上的安装方法。首先，如图2(a)所示，对于正反两面用剥离膜f1,f2覆盖的散热片10，如图2(b)所示，剥离第2导热层14一侧的剥离膜f1，随后如图2(c)所示，剥离石墨片12一侧的剥离膜f2并用镊子G夹住散热片10的端部。随后，如图3(a)所示，使散热片10的第2导热层14一侧覆盖在电子基板P上安装的电子部件等发热体H。随后，如图3(b)所示，将散热片10压接在电子基板P上。此时，需注意使石墨片12与发热体H在上下方向重合。并且，散热片10的压接进行至第2导热层14沿着发热体H从电子基板P突出形成的凹凸变形，该第2导热层14密合在发热体H及电子基板P上的程度。随后，使散热片10的石墨片12一侧与作为散热体的壳体等接触，从而完成散热片10的安装。就这类散热片10而言，安装在被粘附体上后解除其压接时与被粘附体的密合性也优异。
与上述散热片10不同，在只将柔软的导热层b层合在石墨片12的散热片A1的情形，在如图15(a)所示地剥离剥离膜f2的情形，如图15(b)所示，导热层b的端部b1会延伸变形。但上述散热片10具备硬质的第1导热层13，因而柔软的第2导热层14的端部不会延伸，可以从各剥离膜f1,f2剥离。
并且，与上述散热片10不同，在只将硬质的(反弹力高)导热层c层合在石墨片12的散热片A2的情形，在将发热体H安装在电子基板P上的情形，压接时如图14(a)所示，散热片A2即便密合在电子基板P上，如图14(b)所示，从压接状态解除按压后会无法维持密合状态、生成缝隙。但上述散热片10具备柔软的第2导热层14，因而可以抑制缝隙的生成、维持密合状态。
第2实施方式(图4)
如图4所示，本实施方式的散热片20与第1实施方式的散热片10不同，第1导热层23在其外周部具备向第2导热层24一侧突出的周壁部23b。
在散热片20的外周部设置有周壁部23b，因而外周部的第1导热层23的厚度增加，可以进一步提高散热片20的保形性。另一方面，与散热片10相同，在俯视时与石墨片22重合的部分具备第2导热层24，因而可以追随发热体H的凹凸来进行密合。
并且，由于设置有周壁部23b，散热片20的外缘可以用第1导热层23形成。因此，从剥离膜f1,f2剥离散热片20时，可以从第1导热层23与剥离膜f1,f2的界面进行剥离，易于抓住剥离的“契机”，可以使作业性变得良好。
第3实施方式(图5)
如图5所示，本实施方式的散热片30与第1实施方式的散热片10不同，设置有覆盖石墨片32一侧的表面的保护层35。
保护层35可以使用片状的橡胶、树脂、金属等。要求绝缘性时，优选使用聚酯、聚氨酯、聚酰胺、聚酰亚胺、环氧树脂、酚醛树脂等绝缘性树脂薄膜。其中，特别优选价格低廉的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或具有耐热性的聚酰亚胺薄膜。并且，为导电性的保护层35时，在金属中优选导热率较高且价格低廉的铝、铜、或耐腐蚀性优异的不锈钢。
就图5(a)所示的散热片30a(30)而言，其保护层35a(35)具有俯视时与石墨片32相同的外形。即，保护层35a设置在石墨片32的表面，不覆盖其外缘的第1导热层33，第1导热层33露出。该散热片30a中，第1导热层33的厚壁部33a在上面侧露出，因而利用第1导热层33的粘合性能够使密合在其上面侧(石墨片32一侧)的散热体等密合，因而是优选的。
并且，就图5(b)所示的散热片30b(30)而言，其保护层35b(35)俯视时覆盖散热片30b的整体。即，保护层35b覆盖石墨片32和第1导热层33两者。该散热片30b在带有保护层35b的状态下安装在电子基板P上，因而在散热片30b的安装过程中，可以在散热片30b的上面滑动来进行组装，且在随后的利用过程中可以设定成散热片30b的上面不固定、而是在与散热体之间移动，适用于散热体相对于散热片30b移动的情形。
散热片30a,30b均设有保护层35，因而可以防止石墨片32的破损、及石墨粉末从石墨片32脱落的问题。
第4实施方式(图6)
如图6所示，本实施方式的散热片40与第3实施方式的散热片30不同，设有覆盖石墨片42的下面的第2保护层46a。散热片40中，保护层46b设置在石墨片42的表面，第2保护层46a设置在石墨片42的下面，将保护层46b的外缘与第2保护层46a的外缘进行固定来覆盖石墨片42。
就第2保护层46a或保护层(第1保护层)46b的材质而言，可以是与散热片30的保护层35相同的材质，但也可以是不同的材质。并且，出于热收缩的差异导致的翘曲少、易于与石墨片42层合的观点，优选第2保护层46a和保护层46b采用相同的材质。
图6(a)所示的散热片40a(40)中，第1导热层43在表面一侧的外缘露出。由此，第1导热层43的厚壁部43a在上表面露出，利用其粘合性能够使散热体等密合，因而是优选的。
另一方面，图6(b)所示的散热片40b(40)层合在第1导热层43上，从而其保护层46d及第2保护层46c的外形形成俯视时散热片40b的外形。即，保护层46d覆盖石墨片42和第1导热层43两者。该散热片40b在带有保护层46b的状态下安装在电子基板P上，因而可以在散热片40b的上面滑动来进行组装，且在随后的利用过程中可以设定成散热片40b的上面不固定、而是在与散热体等之间移动，适用于散热体相对于散热片40b移动的情形。
散热片40a,40b也设置有保护层46b,46d及第2保护层46a,46c，可以防止石墨片42的破损、或石墨粉末从石墨片42脱落的问题。并且，通过设置第2保护层46a,46c，在与第1导热层43一体化前的操作中也可以防止石墨片42的破损、或石墨粉末从石墨片42脱落的问题。再者，石墨片42与第1导热层43的密合性小时，通过在其间配置第2保护层46a,46c，可以提高第1导热层43的密合性。
此外，以上列举了用保护层46b,46d和第2保护层46a,46c覆盖石墨片42的端部的构成，但不进行覆盖的构成也是一种实施方式。并且，散热片40中，对于石墨片12和保护层46b,46d、第2保护层46a,46c的结构体，可以采用片状的石墨的正反两面用形成保护层的保护膜层合了的石墨片(层合石墨片)。
第5实施方式(图7)
如图7所示，本实施方式的散热片50与第1实施方式的散热片10不同，设置有覆盖其表面的剥离层57。
剥离层57可以使用含氟树脂、三聚氰胺、有机硅、聚乙烯、聚丙烯等树脂薄膜，或用这些树脂涂布的薄膜。其中，将有机硅用作为散热片50的高分子基质时，优选使用含氟树脂。
并且，也可以将说明散热片10在电子基板P上的安装方法时的剥离膜、或在散热片10的制造中使用的剥离膜用作为本实施方式的剥离层57。
图7(a)所示的散热片50a(50)在散热片50a的两面具有剥离层57a,57b，可以保护散热片50a的两面免受尘埃等的附着。与在散热片的任意一面设置剥离膜的情形相比，该方式更为优选。
就图7(b)所示散热片50b(50)而言，在散热片50b的第2导热层54一侧的表面具有剥离层57a。在柔软且易于附着尘埃等的第2导热层54上设置剥离层57a，因而可以有效地防止这类尘埃等的附着。并且，第2导热层54柔软且易于变形，因而也可以防止在电子基板P上安装前的意外变形。
再者，图7(c)所示的散热片50c(50)在散热片50c的石墨片52一侧的表面具有剥离层57b。因此，即便是没有用保护层35保护石墨片52的形式的散热片，也可以保护石墨片52。并且，可以防止石墨片52的表面附着尘埃等的问题，可以防止在与散热体之间进入尘埃等后导热性下降的问题。
各实施方式的变形例(图8)
在上述各实施方式说明的散热片10,20,30,40,50中示出了平坦的片状的例子，但在表面也可以具备凹凸。例如，如图8所示，可以是第2导热层54具备沿着具有发热体H的电子基板P的外形的凹部68的散热片60。为了使凹部68切实地密合在发热体H的表面，凹部68的深度优选小于发热体H的高度。
在上述各实施方式说明的散热片10,20,30,50,60中示出了第1导热层13,23,33,43,53,63具有俯视时大于石墨片12,22,32,52,62的外形的例子。但也可以变形为第1导热层13,23,33,43,53,63具有与石墨片12,22,32,52,62相同的外形。由此，可以切割大的片材来形成任意形状的小的散热片10,20,30,50,60，因而可以轻松且以低成本来制造散热片10,20,30,50,60。
其他变形例(图9、图10、图11)
就在上述各实施方式说明的散热片10,20,30,40而言，作为在电子基板P上的安装方法示出了“安装时压接散热片使其附着在发热体H上，随后的使用过程中解除压接来进行使用的构成”，但也可以是以下的安装、使用方法。此外，以下说明散热片30(30b)的使用例子。
图9所示的例子是用如散热器S的散热体或金属板等将散热片30压接在发热体H上来进行使用的变形例。散热器S和散热片30可以不进行固定来压接，但也可以用粘合材料或接合材料进行固定。在石墨片露出的上面一侧也优选采用具备第1导热层露出的厚壁部的散热片30。这是由于，采用这类散热片30时无需另外使用接合剂等即可以将散热片30固定在散热体S上的缘故。并且，也优选不具备保护层35的散热片30。这是由于，可以用散热器S和第1导热层覆盖石墨片，从而可以防止石墨片的破损的缘故。使用接合剂等时，优选使用导热性接合剂。在散热片和散热器S之间配置导热性接合剂时，可以降低石墨片与散热器S之间的热阻、提高散热効率。
图10所示的例子为用壳体或外壳E等替代上述散热器S，进而将散热片30压接在发热体H上的变形例。就小型的可穿戴设备或防水设备而言，时常难以设置空气的循环、排气结构来进行散热器S的风冷。此时，会采用经由电子基板P的散热、或经由壳体或外壳E等的散热方式，但将发热体H直接密合在壳体或外壳E等上时会形成热斑，会导致壳体或外壳E等的变形或烧伤。这类情形下，如图10所示，将散热片30密合在壳体或外壳E等上时，散热片30可以在该片材的面内扩散热量并将热量传递到壳体或外壳等。因此，可以消除热斑并在壳体或外壳E等的大面积内进行散热，因而可以提高设备的散热性。
并且，如图10所示，壳体或外壳E等不局限于平面状，也可以是弯曲的形状。这是由于，散热片30层合了提高操作性的第1导热层和柔软的第2导热层，因而即便为弯曲的壳体或外壳E等，第2导热层也可以吸收壳体或外壳等与电子基板P之间的缝隙大小的差异，使散热片30密合在电子基板P整体上的缘故。
图11示出了用螺钉或销钉等固定件D将散热片30压接固定在发热体上的变形例。固定件D在不与发热体H重合的位置设置。用固定件D进行固定的散热片30的表面最好为硬质，因而优选适用具备硬质的保护层35的散热片30。
在适宜的前提下，各实施方式或变形例的特征结构可以进行组合。例如，可以是具备周壁部和保护层的散热片，也可以是局部设置周壁部或保护层的散热片。
实施例
散热片的制作
配制了以下所示的试样1～试样9的散热片。
试样1：
首先，准备了外形为20×20mm的长方形、厚度为40μm的石墨片和剥离膜。这里，剥离膜是在含氟有机硅类薄膜(尼帕公司制的商品名SS4C)上，利用双面胶(寺冈制作所制的商品名N0.7071)粘贴20×20mm微粘合膜(凡纳克公司制的商品名GN75)的与微粘合面相反的一面来形成。随后，在该剥离膜的微粘合面上配置所述石墨片。接着，在石墨片和剥离膜的微粘合面上层合第1导热层和第2导热层，并使之完全覆盖所述石墨片。具体地说，涂布第1导热层用涂液并使其固化来形成第1导热层。就第1导热层而言，与石墨片层合的部分的厚度为0.16mm，不与石墨片层合的周围的厚度为0.2mm。进而，在第1导热层的表面涂布第2导热层用涂液并使其固化来形成第2导热层。第2导热层的厚度为1.8mm，整体的厚度为2mm。随后，在比石墨片的外缘向外侧偏移2.5mm的位置切割两个导热层，从而得到散热部件的外形为25×25mm的图1所示结构的散热片，将该散热片设为操作性试验用的试样1。
并且，用与上述相同的方式来成形石墨的外形为8×8mm(厚度40μm)、散热部件的外形为10×10mm(厚度2mm)的散热片，在中央进行切割后得到了密合性试验用的试样1的散热片。
第1导热层用涂液和第2导热层用涂液是在含烯基的有机聚硅氧烷90质量份和氢化有机聚硅氧烷10质量份中混合了平均粒径为10μm的无定形氢氧化铝400质量份的有机硅组合物，第2导热层用涂液是在含烯基的有机聚硅氧烷93质量份和氢化有机聚硅氧烷7质量份中混合了平均粒径为10μm的无定形氢氧化铝400质量份的有机硅组合物。
由此，第1导热层用涂液和第2导热层用涂液采用了相同的原料，但通过调整固化剂的掺混量，将第1导热层用涂液固化后的硬度调整为了OO40、将第2导热层用涂液固化后的硬度调整为了OO15。
此外，第1导热层用涂液的高分子基质、即含烯基的有机聚硅氧烷90质量份和氢化有机聚硅氧烷10质量份单独固化后的固化物的硬度成为OO10(针入度110)，第2导热层用涂液的高分子基质、即含烯基的有机聚硅氧烷93质量份和氢化有机聚硅氧烷7质量份单独固化后的固化物的硬度成为OO0(针入度400)。并且，第1导热层用涂液和第2导热层用涂液中的高分子基质的比例均为43体积％，作为其固化物的第1导热层和第2导热层的导热率均为1.4W/m·K。
试样2：
除了只使用第1导热层用涂液来代替试样1中使用的第1导热层用涂液和第2导热层用涂液以外，用与试样1相同的方式得到了相同形状的试样2的散热片。
试样3：
除了只使用第2导热层用涂液来代替在试样1中使用的第1导热层用涂液和第2导热层用涂液以外，用与试样1相同的方式得到了相同形状的试样3的散热片。
试样4～试样8：
用试样1中使用的第1导热层用涂液和第2导热层用涂液的原料不变、固化剂的比例改变了的第1导热层用涂液和第2导热层用涂液，与试样1相同地得到了相同形状的试样4～试样8的散热片，其中，第1导热层及第2导热层的硬度为以下表1所示的硬度。此外，固化后为OO20的导热层的高分子基质单独固化时的固化物的硬度是OO0(针入度320)，固化后为OO28的导热层的高分子基质单独固化时的固化物的硬度是OO2(针入度160)，固化后为OO33的导热层的高分子基质单独固化时的固化物的硬度是OO4(针入度130)。
试样9：
除了用图4所示的结构来代替试样1中制作的图1所示结构的散热片以外，用与试样1相同的原料、大小等得到了试样9的散热片。制作上与试样1不同之处在于，涂布第1导热层用涂液后，在其上方配置第2导热层大小形状的模具，将该模具挤入第1导热层用涂液中，从而使该模具的表面与第1导热层用涂液齐平，进而使第1导热层用涂液固化。随后，在移除该模具后形成的第1导热层的凹部填充第2导热层用涂液，并使之固化。第2导热层的外形与石墨片相同。
表1
关于散热片的操作性试验
操作性的试验方法：
评价了从所述散热片剥离剥离膜时的、散热片变形的大小。具体地说，用前端宽度为6mm的扁平镊子夹住散热部件的角端部、即第1导热层和第2导热层，将其以约10mm/秒的速度、向相对于剥离膜为120°的方向进行拉拽，从而从剥离膜上剥离了散热部件。随后，将该散热部件置于平坦的衬纸上，观察相对于剥离剥离膜之前的外形的变形程度。具体地说，在如图12所示的变形的情形，将在外侧露出的面积设为R1、将伴随露出从初始形状减少的面积设为R2时，计算两者面积的绝对值相加后相对于初始形状(面积S0)的比(将之称为变形率)。随后，将变形率为1％以下的评价为了“◎”，超过1％且3％以下的评价为了“○”，超过3％的评价为了“×”。
变形率＝(|R1|+|R2|)/S0…(式1)
操作性的评价结果：
表1示出了试样1～试样9的操作性的评价结果。第1导热层和第2导热层中任意一方、或两者的硬度为OO40以上的试样为“◎”，OO33以上的试样为“○”以上。由此可知，第1导热层和第2导热层中的任意一方为具备至少OO33以上的硬度的导热层时即可以得到操作性良好的散热片。
关于散热片的密合性
密合性的试验方法：
就散热片与设置电子部件后在表面具有凹凸的电子基板的密合性而言，将散热部件按压压接电子基板上，随后解除压接时，导热层是否恢复初始的形状并从电子基板上剥离、或导热层是否依旧附着在电子基板上是一个问题。鉴于此，对于密合性，实施以下的试验进行了评价。
准备了固定有纵横为3.3mm×1.5mm、高度为0.5mm的大致长方体形状的IC的电子基板。电子基板的表面被光刻胶覆盖，IC为环氧树脂制。另一方面，准备了上述本试验用的各试样的散热片(外形10mm×5mm，厚度2mm)。
随后，如图13(a)、图13(b)所示，配置散热片并使散热片的一边与所述IC的3.3mm的边齐平，进行压接直至厚度为1.6mm。维持该压接状态10秒钟后解除压接，观察5分钟后的密合状态并测定了图13(b)所示的剥离宽度T1。并且，对于各试样，用在石墨片一侧的表面整体层合了由厚度100μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜构成的保护层的散热片进行了相同试验，并测定了剥离宽度T2。其中，将剥离宽度在0.5mm以下的评价为了“◎”，将超过0.5mm且在1.5mm以下的评价为了“○”，将超过1.5mm的评价为了“×”。
密合性的评价结果：
表1示出了试样1～试样9的密合性的评价结果。第2导热层的硬度柔软时，密合性变得更好，硬度在OO28以下的试样得到了良好的结果。另一方面，第2导热层的硬度为OO40时，剥离宽度急剧变大，密合性下降。由该结果可知，第2导热层的硬度至少为OO28以下时，可以得到密合性良好的散热片。
关于散热片的粘合力
粘合性的试验和结果：
测定了各试样的与石墨片一侧的表面相反一侧的表面的粘合力。更具体地说，在接触部的外形为的平坦的平面，将表面镀铬的探针以负荷3N/cm2、10秒钟的条件压接在各试样的与石墨片一侧相反一侧的表面上后，测定了以5mm/分钟的速度垂直提拉时的负荷。其结果，上述试样1～9的粘合力均在0.8～1.2N/cm2的范围。/>

Claims (12)

1.一种散热片，该散热片是形成石墨片、第1导热层、第2导热层依次层合了的散热部件的散热片，其特征在于，
所述第1导热层是在高分子基质中分散导热填料而成，
所述第2导热层是在固化型的高分子基质中分散导热填料而成，比所述第1导热层柔软，且具有俯视时与所述第1导热层相同或小于所述第1导热层的外形，
所述第2导热层构成为ASTM D2240规定的OO硬度在30以下且针入度为200以下，从而使所述第2导热层在压接负荷的作用下能够追随被粘附体具备的凹凸变形并密合，所述第1导热层构成为ASTM D2240规定的OO硬度超过30且A型硬度为80以下。
2.如权利要求1所述的散热片，其中，所述第2导热层中，构成该导热层的高分子基质的含量在50质量％以下，该高分子基质单独的硬度以OO硬度计为3以下。
3.如权利要求1所述的散热片，其中，所述第1导热层具有俯视时大于所述石墨片的外形。
4.如权利要求3所述的散热片，其中，所述第1导热层中，俯视时从所述石墨片的外形露出的外侧部分厚于没有从所述石墨片的外形露出的内侧部分。
5.如权利要求1所述的散热片，其中，所述第1导热层在俯视时从所述石墨片的外形露出的外侧部分具备厚壁部，所述厚壁部围绕所述石墨片的端部来保护所述石墨片的外形，且所述厚壁部厚于所述第1导热层的没有从所述石墨片的外形露出的内侧部分。
6.如权利要求1所述的散热片，其中，与所述第1导热层相比，所述第2导热层的复原力小。
7.如权利要求1所述的散热片，其中，在具有所述石墨片的一侧的表面具有覆盖所述石墨片的保护层。
8.如权利要求1所述的散热片，其中，在具有所述石墨片的一侧的表面、或与其相反一侧的表面中的至少任意一个表面具有剥离层。
9.如权利要求1所述的散热片，其中，所述第1导热层的导热率大于所述第2导热层的导热率。
10.如权利要求1所述的散热片，其中，所述第2导热层的导热率大于所述第1导热层的导热率。
11.如权利要求1所述的散热片，其中，所述石墨片为片状石墨的正反两面用保护膜覆盖了的层合石墨片。
12.一种散热片的安装结构，该安装结构为在发热体和散热体之间配置的权利要求1～11中任意一项所述的散热片的安装结构，其特征在于，
配置所述第2导热层使之覆盖被粘附体的所述发热体，
安装所述石墨片使之与所述散热体接触。
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