JP2000101004A - 放熱シート - Google Patents
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- JP2000101004A JP2000101004A JP28586898A JP28586898A JP2000101004A JP 2000101004 A JP2000101004 A JP 2000101004A JP 28586898 A JP28586898 A JP 28586898A JP 28586898 A JP28586898 A JP 28586898A JP 2000101004 A JP2000101004 A JP 2000101004A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱伝導率が良く、かつ良好な電磁波シールド
特性のある放熱シートを提供すること。 【解決手段】 マトリックス樹脂（エポキシ樹脂，ポリ
エステル樹脂等）と熱伝導性フィラー（銀，銅，アルミ
ナ，シリカ，窒化ボロン等）を含有する熱伝導性接着剤
を金属繊維シートに含浸、充填、または積層して加工処
理した放熱シート。
特性のある放熱シートを提供すること。 【解決手段】 マトリックス樹脂（エポキシ樹脂，ポリ
エステル樹脂等）と熱伝導性フィラー（銀，銅，アルミ
ナ，シリカ，窒化ボロン等）を含有する熱伝導性接着剤
を金属繊維シートに含浸、充填、または積層して加工処
理した放熱シート。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気・電子部品、特に
ＣＰＵ、パワートランジスター、コンデンサーなどの発
熱体の放熱シートに関する。
ＣＰＵ、パワートランジスター、コンデンサーなどの発
熱体の放熱シートに関する。
【０００２】
【従来の技術】最近の電気・電子部品は多機能、高性能
化とともに、高集積化、小型、薄型化の傾向にある。そ
れに伴い、ＣＰＵ回路、トランジスター内部、コンデン
サーなどから発生する熱が、それらの本体内に蓄積さ
れ、高温度レベルになるため、寿命が短くなり、また誤
作動を生じるなど信頼性が低下する。それを避けるため
に、ＣＰＵでは放熱フィンのヒートシンクとＣＰＵの間
に、熱伝導性および密着性のある放熱シートを設けてい
る。この放熱シートとしては、マトリックス樹脂にフィ
ラーを混合したもの、あるいはマトリックス樹脂と金網
を複合化させたものが使用されている。前者の放熱シー
トでは、マトリックス樹脂として例えばシリコンエラス
トマーが用いられ、フィラーとして金属、金属酸化物な
どを粒子状成形物が用いられる。放熱シートの製造法と
しては、ロール、カレンダー押出し機などによりシート
状に成形した後にプレスして加硫する方法、マトリック
ス樹脂と熱伝導性フィラーを混合し、溶剤に希釈してド
クターブレードでシート状に成形・乾燥・プレスして加
硫する方法、ニーダーなどの密閉式混練機で混合した粉
末状ゴム材に成形し、金型に充填しプレスする方法など
がある。
化とともに、高集積化、小型、薄型化の傾向にある。そ
れに伴い、ＣＰＵ回路、トランジスター内部、コンデン
サーなどから発生する熱が、それらの本体内に蓄積さ
れ、高温度レベルになるため、寿命が短くなり、また誤
作動を生じるなど信頼性が低下する。それを避けるため
に、ＣＰＵでは放熱フィンのヒートシンクとＣＰＵの間
に、熱伝導性および密着性のある放熱シートを設けてい
る。この放熱シートとしては、マトリックス樹脂にフィ
ラーを混合したもの、あるいはマトリックス樹脂と金網
を複合化させたものが使用されている。前者の放熱シー
トでは、マトリックス樹脂として例えばシリコンエラス
トマーが用いられ、フィラーとして金属、金属酸化物な
どを粒子状成形物が用いられる。放熱シートの製造法と
しては、ロール、カレンダー押出し機などによりシート
状に成形した後にプレスして加硫する方法、マトリック
ス樹脂と熱伝導性フィラーを混合し、溶剤に希釈してド
クターブレードでシート状に成形・乾燥・プレスして加
硫する方法、ニーダーなどの密閉式混練機で混合した粉
末状ゴム材に成形し、金型に充填しプレスする方法など
がある。
【０００３】前者のマトリックス樹脂にフィラーを混合
した放熱シートは、熱伝導性の低いマトリックス樹脂中
に熱伝導率の高いフィラーが分散した構造のために、シ
ート厚み方向の放熱特性は良くなかった。シート厚み方
向の放熱特性は、熱伝導性フィラーの充填率にも依存す
る。しかし放熱特性を向上させるためにフィラーの充填
率を上昇させると、シートの成形性などの加工性が低下
する。この結果、放熱シートを電気・電子部品に接着し
ても、発生した熱が放熱シートを介して放熱フィンのヒ
ートシンクまで速やかに伝達されないので、発熱体の冷
却を効率よく行うことができなかった。また、熱伝導性
フィラーの充填率を高めようとすると、密着性が不良に
なった。また、フィラーの充填率が低いために、電磁波
シールド特性も低かった。また、後者のマトリックス樹
脂と金網を複合化させた放熱シートは、基板のクッショ
ン性に乏しく、厚みが金網の太さのみに依存するため、
厚みの調整が困難であること、密着性に欠けるとこと等
の問題を生じていた。また、電磁波シールド特性を上げ
るため金網の目開きを小さくすると、特にそれらの問題
点は顕著であった。
した放熱シートは、熱伝導性の低いマトリックス樹脂中
に熱伝導率の高いフィラーが分散した構造のために、シ
ート厚み方向の放熱特性は良くなかった。シート厚み方
向の放熱特性は、熱伝導性フィラーの充填率にも依存す
る。しかし放熱特性を向上させるためにフィラーの充填
率を上昇させると、シートの成形性などの加工性が低下
する。この結果、放熱シートを電気・電子部品に接着し
ても、発生した熱が放熱シートを介して放熱フィンのヒ
ートシンクまで速やかに伝達されないので、発熱体の冷
却を効率よく行うことができなかった。また、熱伝導性
フィラーの充填率を高めようとすると、密着性が不良に
なった。また、フィラーの充填率が低いために、電磁波
シールド特性も低かった。また、後者のマトリックス樹
脂と金網を複合化させた放熱シートは、基板のクッショ
ン性に乏しく、厚みが金網の太さのみに依存するため、
厚みの調整が困難であること、密着性に欠けるとこと等
の問題を生じていた。また、電磁波シールド特性を上げ
るため金網の目開きを小さくすると、特にそれらの問題
点は顕著であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、シートの厚
み方向への熱伝導率が良く、用いる金属繊維シートの厚
み加減が可能で、かつ電磁波シールド特性のある放熱シ
ートを提供することを目的とする。
み方向への熱伝導率が良く、用いる金属繊維シートの厚
み加減が可能で、かつ電磁波シールド特性のある放熱シ
ートを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、金属繊維を含
むスラリーを湿式抄造および焼結した金属繊維シート
に、熱伝導性接着剤を含浸、充填、または片面もしくは
両面に積層して加工処理したことを特徴とする放熱シー
トである。
むスラリーを湿式抄造および焼結した金属繊維シート
に、熱伝導性接着剤を含浸、充填、または片面もしくは
両面に積層して加工処理したことを特徴とする放熱シー
トである。
【０００６】放熱シートの伝熱機構が伝導伝熱に従うも
のとすれば、その伝熱速度式はフーリエの法則に従い、
次式で示される。
のとすれば、その伝熱速度式はフーリエの法則に従い、
次式で示される。
【数１】ｑ＝−λ（ｄｔ／ｄｘ） ここでｑ：熱流束〔Ｗ／ｍ2 〕，λ：熱伝導率〔Ｗ／ｍ
／Ｋ〕，ｔ：温度〔Ｋ〕，ｘ：伝熱方向〔ｍ〕を示す。
この式は温度差が存在すれば、高温部から低温部に向か
って物質内を伝導によって熱が移動することを示す。熱
伝導は、温度の異なる領域間を物体内部の固体の原子の
振動により、金属では自由電子の移動によって熱エネル
ギーを伝えることを意味する。放熱シートの表裏面の温
度差を△ｔ、シート厚みを△ｘで示すと、△ｘ間は薄い
とすれば、△ｘ内においてλはほぼ一定と仮定でき、そ
の内部の温度分布が直線的とすれば、ｑは近似的に次式
で示される。
／Ｋ〕，ｔ：温度〔Ｋ〕，ｘ：伝熱方向〔ｍ〕を示す。
この式は温度差が存在すれば、高温部から低温部に向か
って物質内を伝導によって熱が移動することを示す。熱
伝導は、温度の異なる領域間を物体内部の固体の原子の
振動により、金属では自由電子の移動によって熱エネル
ギーを伝えることを意味する。放熱シートの表裏面の温
度差を△ｔ、シート厚みを△ｘで示すと、△ｘ間は薄い
とすれば、△ｘ内においてλはほぼ一定と仮定でき、そ
の内部の温度分布が直線的とすれば、ｑは近似的に次式
で示される。
【数２】ｑ＝−λ（△ｔ／△ｘ） したがって、放熱性を高めるためには、△ｘ間の物質固
有の熱伝導率λをできるだけ大きな値にすればよいこと
が判る。
有の熱伝導率λをできるだけ大きな値にすればよいこと
が判る。
【０００７】例えば金属製短繊維を抄造し、焼結した薄
葉の金属繊維シートの多孔質の空間部分に、熱伝導性接
着剤を含浸、充填させる。熱伝導性接着剤の加工処理を
した金属繊維シートは軟らかいタイプのため、作業性が
良好であり、高い熱伝導性が要求されるパソコン用ＣＰ
Ｕの放熱シートに最適である。それによって発熱する電
気・電子部品から効率よく熱を吸収し、金属カバーやフ
レーム、ヒートシンクへ伝播することができる。
葉の金属繊維シートの多孔質の空間部分に、熱伝導性接
着剤を含浸、充填させる。熱伝導性接着剤の加工処理を
した金属繊維シートは軟らかいタイプのため、作業性が
良好であり、高い熱伝導性が要求されるパソコン用ＣＰ
Ｕの放熱シートに最適である。それによって発熱する電
気・電子部品から効率よく熱を吸収し、金属カバーやフ
レーム、ヒートシンクへ伝播することができる。
【０００８】本発明に使用される金属繊維シートは下記
の方法で製造できる。金属繊維を７０重量％以上含有
し、かつ結着用繊維を含む繊維のスラリーを調製し、こ
のスラリーを湿式抄紙法によりシート化した金属繊維高
配合シートを、水素ガスあるいは窒素ガス、アルゴンガ
スなどの雰囲気下に、金属繊維の融点を越えない温度に
加熱して繊維間を焼結する。金属繊維としては、ステン
レス繊維、チタン繊維、ニッケル繊維、真鍮繊維、銅繊
維、アルミニウム繊維等が使用できる。これらの中でも
細線加工が可能であり、耐熱性、耐錆性の優れているス
テンレス繊維が好ましい。金属繊維の繊維長は２〜１２
ｍｍ、好ましくは２〜６ｍｍである。結着用繊維として
は、例えばクラレ社製のクラレビニロンフィブリッドＶ
Ｐ（商品名）などの水中溶解温度４０〜１００℃の易溶
解性ポリビニルアルコール繊維が好ましい。この金属繊
維を含有するスラリーを湿式抄紙法により脱水プレスお
よび加熱乾燥して金属繊維高配合シートを作製する。次
いで金属繊維高配合シートを、金属繊維表面の酸化防止
と還元効果を向上させるために、乾燥した水素ガス雰囲
気下で、金属繊維の融点を越えない温度に加熱して繊維
間を焼結することにより金属繊維シートが得られる。焼
結温度は金属繊維の融点近くの温度、例えばステンレス
繊維の場合は約１２００℃である。ステンレス繊維を連
続焼結炉で焼結する場合は、約１２００℃の温度で１０
０〜７００ｍｍ／ｍｉｎの線速度で焼結することができ
る。焼結は、水素ガスと例えば窒素ガス、アルゴンガス
等の不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で行ってもよい。
の方法で製造できる。金属繊維を７０重量％以上含有
し、かつ結着用繊維を含む繊維のスラリーを調製し、こ
のスラリーを湿式抄紙法によりシート化した金属繊維高
配合シートを、水素ガスあるいは窒素ガス、アルゴンガ
スなどの雰囲気下に、金属繊維の融点を越えない温度に
加熱して繊維間を焼結する。金属繊維としては、ステン
レス繊維、チタン繊維、ニッケル繊維、真鍮繊維、銅繊
維、アルミニウム繊維等が使用できる。これらの中でも
細線加工が可能であり、耐熱性、耐錆性の優れているス
テンレス繊維が好ましい。金属繊維の繊維長は２〜１２
ｍｍ、好ましくは２〜６ｍｍである。結着用繊維として
は、例えばクラレ社製のクラレビニロンフィブリッドＶ
Ｐ（商品名）などの水中溶解温度４０〜１００℃の易溶
解性ポリビニルアルコール繊維が好ましい。この金属繊
維を含有するスラリーを湿式抄紙法により脱水プレスお
よび加熱乾燥して金属繊維高配合シートを作製する。次
いで金属繊維高配合シートを、金属繊維表面の酸化防止
と還元効果を向上させるために、乾燥した水素ガス雰囲
気下で、金属繊維の融点を越えない温度に加熱して繊維
間を焼結することにより金属繊維シートが得られる。焼
結温度は金属繊維の融点近くの温度、例えばステンレス
繊維の場合は約１２００℃である。ステンレス繊維を連
続焼結炉で焼結する場合は、約１２００℃の温度で１０
０〜７００ｍｍ／ｍｉｎの線速度で焼結することができ
る。焼結は、水素ガスと例えば窒素ガス、アルゴンガス
等の不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で行ってもよい。
【０００９】熱伝導性接着剤としては、マトリックス樹
脂に熱伝導性フィラーを混合したものが用いられる。熱
伝導性フィラーとしては、例えばアルミニウム、金、
銀、銅などの金属、アルミナ、シリカ、マグネシアなど
の金属酸化物、窒化ボロン、窒化アルミニウムなどが挙
げられる。熱伝導性フィラーの形状は、粒状、板状、針
状等のいずれでもよい。マトリックス樹脂としては、例
えば合成ゴム、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポ
キシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂等が
用いられる。マトリックス樹脂と熱伝導性フィラーの割
合は、重量で９０：１０〜４０：６０が好ましい。
脂に熱伝導性フィラーを混合したものが用いられる。熱
伝導性フィラーとしては、例えばアルミニウム、金、
銀、銅などの金属、アルミナ、シリカ、マグネシアなど
の金属酸化物、窒化ボロン、窒化アルミニウムなどが挙
げられる。熱伝導性フィラーの形状は、粒状、板状、針
状等のいずれでもよい。マトリックス樹脂としては、例
えば合成ゴム、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポ
キシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂等が
用いられる。マトリックス樹脂と熱伝導性フィラーの割
合は、重量で９０：１０〜４０：６０が好ましい。
【００１０】本発明の放熱シートを製造するには、金属
繊維シートの厚み方向に、熱伝導性接着剤を含浸または
充填させるのが伝熱効率の点で最もよいが、金属繊維シ
ートの片面または両面に熱伝導性接着剤をラミネート等
の手段で積層してもよい。熱伝導性接着剤は５０００〜
７０００ｃｐｓに調整して、シート全体の厚みを制御す
ることができる。なお、本発明の放熱シートの使用にあ
たっては、熱伝導性接着剤をＢステージ状態にしてお
き、これを発熱体の接着対象物に加圧しながら加熱・架
橋して接着することができる。
繊維シートの厚み方向に、熱伝導性接着剤を含浸または
充填させるのが伝熱効率の点で最もよいが、金属繊維シ
ートの片面または両面に熱伝導性接着剤をラミネート等
の手段で積層してもよい。熱伝導性接着剤は５０００〜
７０００ｃｐｓに調整して、シート全体の厚みを制御す
ることができる。なお、本発明の放熱シートの使用にあ
たっては、熱伝導性接着剤をＢステージ状態にしてお
き、これを発熱体の接着対象物に加圧しながら加熱・架
橋して接着することができる。
【００１１】
【実施例】実施例１ 繊維長４ｍｍ、繊維径８μｍのステンレス繊維９０重量
部およびＰＶＡ繊維（クラレ社製，フィブリボンドＶＰ
Ｂ１０５−１）１０重量部を７０℃の水に投入してスラ
リーを調製し、このスラリーを湿式抄紙法により脱水プ
レス、加熱乾燥して坪量２０４ｇ／ｍ2 、密度１．０８
ｇ／ｃｍ3 を有するステンレス繊維シートを作製した。
ステンレス繊維の占める容積割合（空間率）は２２％で
ある。したがって、７８％の空間を接着剤が埋めればよ
いことになる。熱伝導性接着剤をドクターブレード法に
よってシート化し、１ｋｇ／ｃｍ2 の圧力を加え、温度
１２０℃で３０分間加熱・架橋して、厚み０．１５ｍｍ
の放熱シートを作製した。なお、熱伝導性接着剤として
は、エポキシ樹脂と窒化ボロンを含有する接着剤（大阪
造船所社製，商品名；EPOTEK T7109）を用いた。
部およびＰＶＡ繊維（クラレ社製，フィブリボンドＶＰ
Ｂ１０５−１）１０重量部を７０℃の水に投入してスラ
リーを調製し、このスラリーを湿式抄紙法により脱水プ
レス、加熱乾燥して坪量２０４ｇ／ｍ2 、密度１．０８
ｇ／ｃｍ3 を有するステンレス繊維シートを作製した。
ステンレス繊維の占める容積割合（空間率）は２２％で
ある。したがって、７８％の空間を接着剤が埋めればよ
いことになる。熱伝導性接着剤をドクターブレード法に
よってシート化し、１ｋｇ／ｃｍ2 の圧力を加え、温度
１２０℃で３０分間加熱・架橋して、厚み０．１５ｍｍ
の放熱シートを作製した。なお、熱伝導性接着剤として
は、エポキシ樹脂と窒化ボロンを含有する接着剤（大阪
造船所社製，商品名；EPOTEK T7109）を用いた。
【００１２】実施例２ 実施例１と同じステンレス繊維を用い、かつ同じ抄造・
焼結条件で、厚さ３９７μｍ、坪量２０５ｇ／ｍ2 、密
度０．６０ｇ／ｃｍ3 、空間率８９％のステンレス繊維
シートを作製した。ついでこのシートに実施例１と同じ
熱伝導性接着剤をドクターブレード法によって塗布し、
実施例１と同じ加熱条件で架橋して厚み０．２５ｍｍの
放熱シートを作製した。 比較例１ 実施例１と同じ熱伝導性接着剤のみを厚み０．１５ｍｍ
にシート化して、放熱シートを作製した。 比較例２ 実施例１と同じステンレス繊維シートのみに１ｋｇ／ｃ
ｍ2 の圧力を加え、厚み０．１５ｍｍにシート化して、
放熱シートを作製した。
焼結条件で、厚さ３９７μｍ、坪量２０５ｇ／ｍ2 、密
度０．６０ｇ／ｃｍ3 、空間率８９％のステンレス繊維
シートを作製した。ついでこのシートに実施例１と同じ
熱伝導性接着剤をドクターブレード法によって塗布し、
実施例１と同じ加熱条件で架橋して厚み０．２５ｍｍの
放熱シートを作製した。 比較例１ 実施例１と同じ熱伝導性接着剤のみを厚み０．１５ｍｍ
にシート化して、放熱シートを作製した。 比較例２ 実施例１と同じステンレス繊維シートのみに１ｋｇ／ｃ
ｍ2 の圧力を加え、厚み０．１５ｍｍにシート化して、
放熱シートを作製した。
【００１３】実施例１，２、比較例１および２の放熱シ
ートを用い、熱伝導率および電磁波の減衰率を測定し
た。その結果を表１に示す。 〔熱伝導率の測定法〕放熱シートを銅製ヒートブロック
と銅板で厚み△ｘの間隔にサンドイッチ状に挟み込み、
圧力０．５ｋｇ／ｃｍ2 でセットした。前述の式を変形
すると、
ートを用い、熱伝導率および電磁波の減衰率を測定し
た。その結果を表１に示す。 〔熱伝導率の測定法〕放熱シートを銅製ヒートブロック
と銅板で厚み△ｘの間隔にサンドイッチ状に挟み込み、
圧力０．５ｋｇ／ｃｍ2 でセットした。前述の式を変形
すると、
【数３】 λ＝ｑ（△ｘ／△ｔ）＝（Ｑ／Ａ）（△ｘ／△ｔ） ここでＱ：電力〔Ｗ〕、Ａ：伝熱面積である。片方の一
定温度を与える伝熱面（伝熱面積４ｃｍ2 ）のヒートブ
ロックに電力２０Ｗをかけて、５分間後にヒートブロッ
クと銅板のそれぞれの温度を測定して△ｔを求め、熱伝
導率λを算出した。 〔電磁波の減衰率の測定法〕放熱シートを１５ｃｍ角に
切り、アドバンテスト法により周波数１ＧＨｚにおける
電磁波の減衰率を測定した。
定温度を与える伝熱面（伝熱面積４ｃｍ2 ）のヒートブ
ロックに電力２０Ｗをかけて、５分間後にヒートブロッ
クと銅板のそれぞれの温度を測定して△ｔを求め、熱伝
導率λを算出した。 〔電磁波の減衰率の測定法〕放熱シートを１５ｃｍ角に
切り、アドバンテスト法により周波数１ＧＨｚにおける
電磁波の減衰率を測定した。
【００１４】
【表１】 表１から明らかなように、実施例１および２は、比較例
１および２に比べて、熱伝導率λの値が大きく、また周
波数１ＧＨｚにおける減衰率も良好な値を示した。
１および２に比べて、熱伝導率λの値が大きく、また周
波数１ＧＨｚにおける減衰率も良好な値を示した。
【００１５】
【発明の効果】本発明の放熱シートは、厚み方向への熱
伝導率が良く、金属繊維シートの厚みの加減が可能であ
り、かつ良好な電磁波シールド特性を有する。
伝導率が良く、金属繊維シートの厚みの加減が可能であ
り、かつ良好な電磁波シールド特性を有する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北原 浩 静岡県静岡市用宗巴町３番１号 株式会社 巴川製紙所技術研究所内 Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BB21 BD01
Claims (1)
- 【請求項１】 金属繊維を含むスラリーを湿式抄造およ
び焼結した金属繊維シートに、熱伝導性接着剤を含浸、
充填、または片面もしくは両面に積層して加工処理した
ことを特徴とする放熱シート。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28586898A JP3434711B2 (ja) | 1998-09-24 | 1998-09-24 | 放熱シート |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28586898A JP3434711B2 (ja) | 1998-09-24 | 1998-09-24 | 放熱シート |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000101004A true JP2000101004A (ja) | 2000-04-07 |
| JP3434711B2 JP3434711B2 (ja) | 2003-08-11 |
Family
ID=17697086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28586898A Expired - Fee Related JP3434711B2 (ja) | 1998-09-24 | 1998-09-24 | 放熱シート |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3434711B2 (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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