JP2000247740A - Graphite sheet having insulated surface and its production - Google Patents
Graphite sheet having insulated surface and its productionInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、グラファイトシー
トの製造方法に関し、特に表面に絶縁層を有するグラフ
ァイトシートの製造方法に関する。The present invention relates to a method for producing a graphite sheet, and more particularly to a method for producing a graphite sheet having an insulating layer on a surface.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、ポリイミドフィルムを熱処理
し、その後圧延処理することによって柔軟性のあるグラ
ファイトフイルムを直接的に得ることは公知である。2. Description of the Related Art It has been known that a flexible graphite film is directly obtained by heat-treating a polyimide film and then rolling.
【0003】このフィルムの物性としては、単結晶グラ
ファイトと同様なものを呈し、かつ鱗片状の剥離や、残
留酸などの現象が生ぜず、高品質で折れ曲げに強く柔軟
性富む熱伝導性に優れたグラファイトフィルムが得られ
るものである。The physical properties of this film are similar to those of single-crystal graphite, and it does not cause flake-like exfoliation or residual acid phenomena. An excellent graphite film can be obtained.
【0004】一方、近年、電子機器の小型化、高性能化
が進むにつれて、高密度に集積されたCPUなどから発
生する熱をいかにして放出するかが重要な検討項目にな
ってきている。また、放熱性のみならず、いかに場所に
よる温度ばらつきを低減するかも重要である。[0004] On the other hand, in recent years, as electronic devices have become smaller and more sophisticated, how to release heat generated from a CPU or the like integrated at a high density has become an important consideration. In addition to heat dissipation, it is also important how to reduce temperature variations depending on the location.
【0005】これまでは、熱伝導性に優れたアルミ板や
銅板などの金属板が適当に加工されたり、冷却ファンと
組み合わせたりして放熱対策がなされているのが現状で
ある。Heretofore, at present, a metal plate such as an aluminum plate or a copper plate having excellent heat conductivity is appropriately processed or combined with a cooling fan to take measures against heat radiation.
【0006】かかる状況下で、グラファイトシートは、
金属板と比較すると熱伝導性がよく、軽く柔軟性がある
などの特長を有するために、電子機器や装置、設備の熱
伝導材として期待され始めてきている。Under such circumstances, the graphite sheet is
Compared to a metal plate, it has good thermal conductivity, and is light and flexible. Therefore, it is beginning to be expected as a heat conductive material for electronic devices, devices and equipment.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、グラフ
ァイトシートをそのまま電子機器の内部で熱伝導材とし
て使用する際には、電気伝導性が優れているために、電
子部品間の電気的ショートを発生する場合がある。However, when the graphite sheet is used as it is as a heat conductive material inside an electronic device, an electrical short is generated between the electronic components due to its excellent electrical conductivity. There are cases.
【0008】また、直接金属と接触させると、熱反応を
発生し、変質などが生じる場合もある。[0008] Further, when brought into direct contact with a metal, a thermal reaction occurs, which may result in alteration or the like.
【0009】これらの不都合を防ぐために、グラファイ
トシートに有機高分子のフィルムを貼ることが提案され
ている。しかしながら、有機高分子薄膜を貼ることは、
発熱体とグラファイトを接触させた時に、グラファイト
への熱伝導の妨げになる。In order to prevent these disadvantages, it has been proposed to attach an organic polymer film to a graphite sheet. However, applying an organic polymer thin film
When the heating element is brought into contact with the graphite, heat conduction to the graphite is hindered.
【0010】従って、絶縁性に優れかつ化学的に安定
で、熱抵抗の少なくなるような表面を持つグラファイト
シートの実現が待望されている状況にある。[0010] Accordingly, there is a need for a graphite sheet having excellent insulating properties, being chemically stable, and having a surface with reduced thermal resistance.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、膜厚300μm以下のポリイミドフィル
ムを不活性ガス中で室温から昇温して1000℃から1
600℃の温度範囲までで焼成する予備処理工程と、前
記予備処理工程後室温から昇温して温度2500℃以上
の温度までで焼成しグラファイトシートを得る本処理工
程と、前記本処理工程で得られたグラファイトシートを
圧延処理する圧延処理工程と、前記圧延処理工程後グラ
ファイトシートの表面に絶縁材料層を設ける工程とを有
するグラファイトシートの製造方法である。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a method for producing a polyimide film having a thickness of 300 μm or less from room temperature in an inert gas at 1000 ° C.
A preliminary processing step of firing at a temperature range of 600 ° C., a main processing step of raising the temperature from room temperature after the preliminary processing step to firing at a temperature of 2500 ° C. or higher to obtain a graphite sheet, A method for producing a graphite sheet, comprising: a rolling step of rolling the obtained graphite sheet; and a step of providing an insulating material layer on the surface of the graphite sheet after the rolling step.
【0012】このような構成により、絶縁性に優れ、化
学的に安定なグラファイトシートが実現される。With such a configuration, a chemically stable graphite sheet having excellent insulation properties can be realized.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】請求項1記載の本発明は、膜厚3
00μm以下のポリイミドフィルムを不活性ガス中で室
温から昇温して1000℃から1600℃の温度範囲ま
でで焼成する予備処理工程と、前記予備処理工程後室温
から昇温して温度2500℃以上の温度までで焼成しグ
ラファイトシートを得る本処理工程と、前記本処理工程
で得られたグラファイトシートを圧延処理する圧延処理
工程と、前記圧延処理工程後グラファイトシートの表面
に絶縁材料層を設ける工程とによって、表面が絶縁層化
されたグラファイトシートとその製造方法である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention according to claim 1 has a thickness of 3 mm.
A pretreatment step of raising the temperature of the polyimide film of not more than 00 μm from room temperature in an inert gas to a temperature range of 1000 ° C. to 1600 ° C., and after the pretreatment step, raising the temperature from room temperature to a temperature of 2500 ° C. or higher. This processing step of firing at a temperature to obtain a graphite sheet, a rolling processing step of rolling the graphite sheet obtained in the main processing step, and a step of providing an insulating material layer on the surface of the graphite sheet after the rolling processing step Thus, a graphite sheet whose surface is formed into an insulating layer and a method of manufacturing the same.
【0014】このような構成により、グラファイトシー
トの表面の絶縁化、化学的安定性の向上、及びグラファ
イト粉末の脱離防止の作用を呈する。With such a structure, the surface of the graphite sheet is insulated, the chemical stability is improved, and the graphite powder is prevented from desorbing.
【0015】このグラファイトシートの表面は多くの場
合層状構造の面が広がっているために、化学反応が表面
一層のみにとどまることが多い。内部まで反応が進むよ
うにするために、請求項2に示すようにグラファイトシ
ートの表面に微細な傷を付けることができる。In many cases, the surface of the graphite sheet has a laminar structure, so that the chemical reaction is often limited to only one surface. In order to make the reaction proceed to the inside, fine scratches can be made on the surface of the graphite sheet as described in claim 2.
【0016】ここで、請求項3記載のように、絶縁材料
層を設ける工程は、グラファイトシートの表面を絶縁化
する工程である。Here, the step of providing the insulating material layer is a step of insulating the surface of the graphite sheet.
【0017】このような構成であると、高分子フィルム
で包むことにより絶縁する場合のように熱接触を悪くす
る恐れがなくなり、グラファイトシートの高い熱伝導性
を有効に利用することができる。With such a structure, there is no danger that thermal contact will be deteriorated as in the case of insulation by wrapping with a polymer film, and the high thermal conductivity of the graphite sheet can be effectively utilized.
【0018】このような構成とするための絶縁層として
は、基本的には、グラファイトシートの用途に合った特
性が維持できる範囲のものであれば使用できるものであ
る。As the insulating layer for forming such a structure, basically, any insulating layer can be used as long as it can maintain characteristics suitable for the use of the graphite sheet.
【0019】また、グラファイトシートの表面に絶縁層
を形成するためには、グラファイトシートの表面の一定
の厚さの層を化学的に絶縁性のものにすることが有効で
あるが、そのためにはグラファイト表面の炭素と、例え
ば水素やハロゲンの原子と結合させ、表面層が2重結合
を持たないようにすればよい。Further, in order to form an insulating layer on the surface of the graphite sheet, it is effective to make a layer having a certain thickness on the surface of the graphite sheet chemically insulative. The carbon on the graphite surface may be bonded to, for example, hydrogen or halogen atoms, so that the surface layer has no double bond.
【0020】ここで、請求項4記載のように、グラファ
イトシートの表面に形成される絶縁材料層の膜厚が0.
1μmから50μmの範囲にあることが好ましい。Here, as described in claim 4, the thickness of the insulating material layer formed on the surface of the graphite sheet is 0.1 mm.
It is preferably in the range of 1 μm to 50 μm.
【0021】というのは、グラファイトシートの基本特
性を発現させるためには、絶縁材料層は薄いほうが好ま
しく、かかる範囲より厚いと熱伝導特性の良さを発現さ
せるのに長時間かかってしまうが、その一方で薄過ぎる
と機械的強度などの観点から好ましくないためである。That is, in order to exhibit the basic characteristics of the graphite sheet, it is preferable that the insulating material layer is thin. If the insulating material layer is thicker than the above range, it takes a long time to exhibit good heat conduction characteristics. On the other hand, if it is too thin, it is not preferable from the viewpoint of mechanical strength and the like.
【0022】そして、請求項5記載のように、絶縁材料
層は元のグラファイトシートを構成している炭素原子
と、これに結合したフッ素からなるものであることが、
絶縁性、耐熱性、機械的強度など用途として多く使われ
る条件からすると好適である。According to a fifth aspect of the present invention, the insulating material layer comprises carbon atoms constituting the original graphite sheet and fluorine bonded thereto.
It is suitable in terms of conditions often used for applications such as insulation, heat resistance, and mechanical strength.
【0023】また、請求項6記載のように、絶縁材料層
を設ける工程は、グラファイトシートを特定の温度範囲
に保ちつつ一定の時間フッ素ガスにさらす工程であって
よい。形成される絶縁材料層の厚さは、この温度と時間
によって規定できる。Further, the step of providing the insulating material layer may be a step of exposing the graphite sheet to fluorine gas for a certain period of time while maintaining the graphite sheet in a specific temperature range. The thickness of the formed insulating material layer can be defined by this temperature and time.
【0024】グラファイトシートの表面をフッ素ガスと
反応させるためには、必ずしも高温の条件にする必要は
なく、請求項7記載のように、フッ素含んだプラズマを
用いるものであってもよい。プラズマを用いてフッ素を
導入し、絶縁化処理するに際しては、グラファイトシー
トの温度を下げて行ってもよい。In order for the surface of the graphite sheet to react with fluorine gas, it is not always necessary to set the temperature to a high temperature, and a plasma containing fluorine may be used. In the case where fluorine is introduced using plasma and the insulating treatment is performed, the temperature of the graphite sheet may be lowered.
【0025】また、フッ素を含むプラズマを形成するに
は、フッ素ガスに限らず、フッ化水素ガスを用いてもよ
い。当然のことながら、プラズマを発生させるにはアル
ゴンなどの希釈ガスが用いられてもよい。In order to form a plasma containing fluorine, not only a fluorine gas but also a hydrogen fluoride gas may be used. Of course, a diluent gas such as argon may be used to generate the plasma.
【0026】請求項8記載のように、グラファイトシー
トの表面を絶縁材料化するために塩素、または臭素を用
いてもよいが加熱反応では絶縁層化しないため、請求項
9に記載のように、プラズマを用いることが好ましい。As described in claim 8, chlorine or bromine may be used to convert the surface of the graphite sheet into an insulating material, but since it does not form an insulating layer by a heating reaction, as described in claim 9, Preferably, plasma is used.
【0027】ここで、請求項10記載のように、グラフ
ァイトシートの表面に形成した絶縁材料層の表面で、そ
の絶縁材料層の厚さに比べて十分薄い領域を酸素プラズ
マによって活性化することができる。Here, the region of the insulating material layer formed on the surface of the graphite sheet, which is sufficiently thinner than the thickness of the insulating material layer, may be activated by oxygen plasma. it can.
【0028】そして、請求項11記載のように、活性化
された絶縁材料層の上に金属等の導電性の薄膜で形成さ
れた導電性の配線回路を設置することができる。Then, a conductive wiring circuit formed of a conductive thin film of metal or the like can be provided on the activated insulating material layer.
【0029】または、請求項12記載のように、金属等
の導電性の薄膜で形成された導電性の配線回路を設置さ
れたポリイミドのような絶縁性の高分子フィルムをグラ
ファイトシートに貼ることを行ってもよい。Alternatively, as described in claim 12, an insulating polymer film such as polyimide provided with a conductive wiring circuit formed of a conductive thin film of metal or the like is attached to the graphite sheet. May go.
【0030】以下、本発明の各実施の形態に即して、よ
り詳細に説明をしていく。Hereinafter, a more detailed description will be given in accordance with each embodiment of the present invention.
【0031】(実施の形態1)本実施の形態では、ポリ
イミドフィルムとして、東レ・デュポン製(商品名カプ
トン)の膜厚75μmのものを用いた。(Embodiment 1) In this embodiment, a polyimide film having a thickness of 75 μm manufactured by Dupont Toray (trade name: Kapton) was used.
【0032】次に、熱処理による発泡性を出すために、
かかるポリイミドフィルムを用いた予備焼成を、窒素中
で、昇温速度5℃/minで昇温し、最高処理温度を1
200℃として行った。Next, in order to obtain foamability by heat treatment,
Preliminary baking using such a polyimide film is performed by raising the temperature in nitrogen at a rate of 5 ° C./min.
The test was performed at 200 ° C.
【0033】そして、本焼成を、Arガス雰囲気下で、
昇温速度20℃/minで昇温し、最高処理温度を28
00℃として行った。Then, the main firing is performed in an Ar gas atmosphere.
The temperature was raised at a rate of 20 ° C / min, and the maximum processing temperature was 28
The test was performed at 00 ° C.
【0034】この本焼成後のフィルムは、グラファイト
シートとなっており、発泡状態にあり、膜厚は250な
いし300μmで、柔軟性はなく、固くてもろいもので
あった。The film after the main baking was a graphite sheet, was in a foamed state, had a thickness of 250 to 300 μm, had no flexibility, and was hard and brittle.
【0035】そこで、グラファイトシートに柔軟性を持
たせるために、ローラーにより圧延を行った。Therefore, in order to make the graphite sheet flexible, rolling was performed using a roller.
【0036】具体的には、グラファイトシートの両面を
膜厚125μmのポリイミドフィルムで挟み、ローラー
間隔50μmに設定した圧延ローラーで圧延を行った。Specifically, the graphite sheet was sandwiched on both sides by a polyimide film having a thickness of 125 μm, and was rolled by a rolling roller set at a roller interval of 50 μm.
【0037】この圧延後の膜厚は95μmであり、十分
な可撓性及び柔軟性を持っていた。The film thickness after the rolling was 95 μm, and had sufficient flexibility and flexibility.
【0038】以上のグラファイト化の条件及び圧延処理
の条件は、代表例であり、確実にグラファイト化され圧
延処理が実行されるのであれば、かかる条件に限定され
るものでないことはもちろんである。The above-described conditions for graphitization and rolling conditions are typical examples, and it is a matter of course that the conditions are not limited as long as the graphitization is performed and the rolling process is performed without fail.
【0039】こうして得られたグラファイトシートを素
材にして、これにニッケル製の反応管中350℃で1時
間フッ素を反応させてグラファイトシートの表面から厚
さ約5μmところまでフッ素化した。素材のグラファイ
トシートの表面が発泡していて、圧延した後でも平面で
ないことからこのフッ素化した層の厚さは必ずしも均一
ではないが、どの部分でも絶縁性を示した。The graphite sheet thus obtained was used as a raw material, and was reacted with fluorine in a nickel-made reaction tube at 350 ° C. for 1 hour to fluorinate the graphite sheet to a thickness of about 5 μm from the surface of the graphite sheet. The thickness of the fluorinated layer was not necessarily uniform because the surface of the graphite sheet was foamed and was not flat even after rolling, but all parts showed insulation.
【0040】もちろん、フッ素を反応させる温度を高く
すると、また時間を長くするとフッ素化した層は厚くな
る。発明者らは、種々検討した結果、使用に耐えるフッ
素化した絶縁材料層の厚さは0.5から50μmが実用
的には好ましいことを知り、そのためには、反応条件と
して320℃から630℃の間の温度で、このましくは
350℃から430℃の間の温度で0.5から12時間
の間フッ素ガスにさらすことで実現されることを見出し
た。Of course, if the temperature for reacting fluorine is increased, or if the time is increased, the fluorinated layer becomes thicker. As a result of various studies, the inventors have found that the thickness of the fluorinated insulating material layer that can withstand use is practically preferably 0.5 to 50 μm, and for that purpose, the reaction conditions are 320 ° C. to 630 ° C. At a temperature between 350 ° C. and 430 ° C., preferably between 0.5 and 12 hours.
【0041】さて、本実施の形態では、発熱源の温度を
100℃に設定し、5cm角のグラファイトシートのみ
用いたもの、その両面を上記したと同様に5μmの厚さ
にフッ素化した絶縁層を形成したものであって、グラフ
ァイトシートを1枚のみ用いたもの、2枚重ねて用いた
もの及び3枚重ねて用いたものを各々用意し、発熱源に
接触させて定常状態になった時点での温度を測定した。In the present embodiment, the temperature of the heat source is set to 100 ° C., only the graphite sheet of 5 cm square is used, and the insulating layer is fluorinated to a thickness of 5 μm on both sides in the same manner as described above. Are prepared by using only one graphite sheet, using two graphite sheets, and using three graphite sheets, and contacting the heat source to reach a steady state. The temperature at was measured.
【0042】その結果は、素材のグラファイトシートの
みだと87℃、フッ素処理して表面を絶縁化したグラフ
ァイトシートを用いた場合も87℃と、実質的に変わら
ない温度となった。As a result, the temperature was 87 ° C. for the raw graphite sheet alone, and 87 ° C. for the graphite sheet whose surface was insulated by fluorine treatment, which was substantially the same as the temperature.
【0043】また、両面にかかる絶縁層を形成したグラ
ファイトシートは、単独のグラファイトシートと同様な
可撓性及び柔軟性を保っており、更に鉄板と軽く接触さ
せ相対移動してもグラファイト粉末は発生しなかった。Further, the graphite sheet having the insulating layers formed on both sides thereof has the same flexibility and flexibility as a single graphite sheet, and even if the graphite sheet is lightly brought into contact with an iron plate and relatively moved, graphite powder is generated. Did not.
【0044】更に、両面に絶縁層を形成したグラファイ
トシートは、表及び裏方向に各々100回湾曲させた場
合ても剥離や亀裂などの破損は全く発生しなかった。Further, the graphite sheet having the insulating layers formed on both surfaces did not cause any breakage such as peeling or cracking even when it was bent 100 times in each of the front and back directions.
【0045】従って、本実施の形態による両面が絶縁層
で覆われたグラファイトシートは、グラファイトシート
本来の熱伝導性、可撓性及び柔軟性を保ったまま、機械
的強度の向上、グラファイト粉末の脱離の防止、表面の
絶縁化を実現したものであるといえる。Therefore, the graphite sheet according to the present embodiment, whose both surfaces are covered with the insulating layer, can improve the mechanical strength while maintaining the original thermal conductivity, flexibility and flexibility of the graphite sheet, and improve the graphite powder. It can be said that it has realized prevention of desorption and insulation of the surface.
【0046】なお、本実施の形態のグラファイトシート
を電子機器装置内に取り付けるために、切断、トリミン
グ、取り付け穴あけ等の加工をする場合には、グラファ
イトシートに加工すると同じ扱いですむことはもちろん
である。When the graphite sheet of the present embodiment is cut, trimmed, drilled for mounting, etc. in order to mount the graphite sheet in the electronic apparatus, it is needless to say that the processing is the same as the processing of the graphite sheet. is there.
【0047】(実施の形態2)本実施の形態では、実施
の形態1と同様な素材となるグラファイトシートを作成
するにあたって、ローラーで圧延するに当たって、ロー
ラーの表面に600番のサンドペーパーを取り付けて圧
延を行った。その結果、グラファイトシートに柔軟性を
与えるとともに表面に極めて細かな圧痕を形成すること
ができた。このグラファイトシートを実施の形態1の場
合と同様にフッ素と反応させたところ、極めて容易に表
面の10μmの厚さにフッ素化ができた。この方法によ
れば本グラファイトシートの中にまで化学反応を容易に
進めることができるようになる。(Embodiment 2) In the present embodiment, when a graphite sheet of the same material as that of Embodiment 1 is produced, when rolling with a roller, sandpaper No. 600 is attached to the surface of the roller. Rolling was performed. As a result, it was possible to give flexibility to the graphite sheet and to form extremely fine indentations on the surface. When the graphite sheet was reacted with fluorine in the same manner as in Embodiment 1, fluorination was able to be performed very easily to a thickness of 10 μm on the surface. According to this method, the chemical reaction can easily proceed into the graphite sheet.
【0048】さらに、用いるサンドペーパーの粒子サイ
ズを各種試みたところ、400番(50ミクロン)から
1000番(15ミクロン)程度のものが好ましいこと
が分かった。これにより、シートに深さ15〜50ミク
ロン程度の傷が形成される。Further, when various tests were conducted on the particle size of the sandpaper to be used, it was found that a particle size of about 400 (50 microns) to about 1000 (15 microns) was preferable. As a result, a flaw having a depth of about 15 to 50 microns is formed on the sheet.
【0049】また、圧延の際に上下のローラーの回転速
度(周辺速度)に差をつけると、こすれるようになり圧痕
ではなく細かなスクラッチ状になり、圧痕を付けた場合
よりも反応が進みやすくなる。圧痕の場合よりも、サン
ドペーパーの粒子は5ミクロン以上と細かくてもよい。Also, if the rotational speeds (peripheral speeds) of the upper and lower rollers are made different during rolling, they become rubbed and become fine scratches instead of indentations, and the reaction proceeds more easily than in the case of indentations. Become. Sandpaper particles may be as fine as 5 microns or more than in the case of indentations.
【0050】圧延に用いる上下のローラーの片方にだ
け、サンドペーパーを取り付ければ、グラファイトシー
トの片面にのみ細かな傷を付けることができ、その面の
ほうだけ厚いフッ素化反応をさせることができる。If sandpaper is attached to only one of the upper and lower rollers used for rolling, fine scratches can be made only on one surface of the graphite sheet, and the fluorination reaction can be made thicker only on that surface.
【0051】傷を付ける方法として本実施の形態では、
サンドペーパーを用いたがこれに限るものではなく、ま
た圧延の際に同時に行うのではなく、例えば圧延した後
に改めて、例えばサンドプラスなどで粒径5ミクロン〜
50ミクロンの粒径で表面に傷を付ける方法であっても
よいことは自明である。In this embodiment, as a method of making a scratch,
Sandpaper was used, but the present invention is not limited to this, and it is not performed at the same time as rolling.
Obviously, a method of scratching the surface with a particle size of 50 microns may be used.
【0052】(実施の形態3)本実施の形態では、実施
の形態1と同様の素材となるグラファイトシートを作製
した後、このシートをプラズマ発生装置内に設置し、室
温でアルゴンで希釈したフッ素ガスを含むプラズマにさ
らし、プラズマにさらされた片面をフッ素化して厚さ
1.5μmの絶縁性の層を形成したグラファイトシート
を作製した。(Embodiment 3) In this embodiment, after a graphite sheet made of the same material as that of Embodiment 1 is produced, this sheet is set in a plasma generator and fluorine diluted with argon at room temperature is used. One side exposed to the plasma containing gas was fluorinated to prepare a graphite sheet having a 1.5 μm-thick insulating layer formed thereon.
【0053】こうして得られたグラファイトシートにつ
いては、グラファイトシート本来の熱伝導性を維持しな
がら表面の絶縁化について、実施の形態1と同様の結果
が確認された。また実施の形態1で示したように、使用
に耐えるフッ素化した層の厚さは0.5から50μmで
あり、これを得るための工程は、グラファイトシートを
マイナス200℃からプラス250℃の間で、好ましく
はマイナス50℃からプラス100℃の間の温度で、1
0分から200分間フッ素を含むプラズマにさらすこと
が適当であることを見出した。With respect to the graphite sheet thus obtained, the same result as in the first embodiment was confirmed with respect to the insulation of the surface while maintaining the original thermal conductivity of the graphite sheet. Further, as described in Embodiment 1, the thickness of the fluorinated layer that can withstand use is 0.5 to 50 μm, and the step for obtaining the same is performed by reducing the graphite sheet between −200 ° C. and + 250 ° C. And preferably at a temperature between minus 50 ° C and plus 100 ° C.
Exposure to a plasma containing fluorine for 0 to 200 minutes has been found to be appropriate.
【0054】プラズマによって絶縁層を形成する場合
は、片面にのみ絶縁層が形成され、両面に絶縁層を形成
する場合には2回の反応を行わなければならない。しか
しながら、常に両面を絶縁性にする必要があるわけでは
なく、導電材料として片面だけ絶縁化することが必要な
場合もある。When the insulating layer is formed by plasma, the insulating layer is formed only on one side, and when the insulating layer is formed on both sides, two reactions must be performed. However, it is not always necessary to make both surfaces insulative, and only one surface may need to be made insulative as a conductive material.
【0055】従って、本実施の形態によるセラミック薄
膜で両面が覆われたグラファイトシートは、グラファイ
トシート本来の熱伝導性を保ったまま、機械的強度の向
上、グラファイト粉末の脱離の防止、表面の絶縁化を実
現したものであるといえ、更にその上を高分子薄膜で覆
ったものは、グラファイトシート本来の可撓性及び柔軟
性をも呈し得るものである。Therefore, the graphite sheet according to the present embodiment, whose both surfaces are covered with the ceramic thin film, can improve the mechanical strength, prevent the desorption of the graphite powder, and maintain the surface thermal conductivity while maintaining the original thermal conductivity of the graphite sheet. It can be said that insulation has been achieved, and the one further covered with a polymer thin film can also exhibit the original flexibility and flexibility of a graphite sheet.
【0056】なお、絶縁層の形成方法としてアルゴンを
用いたが、必ずしもこれに限るものではない。例えばフ
ッ素ガスを希釈するのに窒素ガスを用いることも可能で
あり、この場合には絶縁層の中に窒化炭素成分も含まれ
る。窒素炭素は硬く耐摩耗性がありグラファイトシート
の表面を保護するために有効である。かかる窒化炭素は
フッ素化した炭素層中に分散しているので、本来のグラ
ファイトシートの柔軟製を損なうものではないことはも
ちろんである。Although argon has been used as a method for forming the insulating layer, it is not necessarily limited to this. For example, nitrogen gas can be used to dilute the fluorine gas, in which case the insulating layer also contains a carbon nitride component. Nitrogen carbon is hard and wear-resistant and is effective for protecting the surface of the graphite sheet. Since such carbon nitride is dispersed in the fluorinated carbon layer, it does not impair the original flexibility of the graphite sheet.
【0057】(実施の形態4)本実施の形態では、実施
の形態1と同様の単独のグラファイトシートを作製した
後、グラファイトシートをプラズマ装置の中に設置し、
室温で酸素プラズマに20分間さらした。この操作によ
り、グラファイトシートの表面に形成されたフッ化炭素
の絶縁層は親水性を呈するようになった。また、このよ
うな処理をされた絶縁層の表面は、接着剤とのなじみが
よくなり、接着強度が大きくなった。さらに金属を蒸着
したときに均一に十分な密着性を持った膜となることが
分かった。(Embodiment 4) In this embodiment, after a single graphite sheet similar to that of Embodiment 1 is produced, the graphite sheet is placed in a plasma apparatus,
Exposure to oxygen plasma for 20 minutes at room temperature. By this operation, the insulating layer made of carbon fluoride formed on the surface of the graphite sheet became hydrophilic. In addition, the surface of the insulating layer subjected to such a treatment became familiar with the adhesive, and the adhesive strength was increased. Further, it was found that when a metal was deposited, a film having uniform and sufficient adhesion was obtained.
【0058】そして、本実施の形態のグラファイトシー
トを用いて、実施の形態1のものと同様に物性を確認し
比較したところ、特に接着性が改善されており、過度に
折り曲げたりした場合でも、絶縁層がグラファイトシー
ト表面より剥離するような現象は全く発生しなかった。When the graphite sheet of the present embodiment was used to confirm and compare the physical properties in the same manner as that of the first embodiment, the adhesiveness was particularly improved. The phenomenon that the insulating layer peeled off from the graphite sheet surface did not occur at all.
【0059】従って、本実施の形態による絶縁層の表面
の改質は実施の形態3によるプラズマ法で形成された絶
縁層にも適用できることは言うまでもない。Therefore, it goes without saying that the modification of the surface of the insulating layer according to the present embodiment can be applied to the insulating layer formed by the plasma method according to the third embodiment.
【0060】(実施の形態5)本実施の形態では、実施
の形態2と同様にプラズマによりグラファイトシートの
表面に反応性の元素を結合させるにあたり、フッ素の代
わりに塩素ないし臭素用いた。塩素または臭素、沃素は
グラファイトシートを加熱しただけでは反応しない。そ
のためにプラズマ化しエネルギーの高い状態にして反応
させる必要があった。このうち沃素は内部まで反応が進
行しなかったので、実用的でない。また塩素と臭素を比
較すると、塩素の方が反応が進みやすいことが分かっ
た。すなわちプラス100℃で3時間プラズマにさらし
たところ、形成された絶縁層の厚さは塩素の場合には約
1μmなのに対して臭素では0.6μmであった。但し
いずれも絶縁性を示し、またグラファイトシート本来の
柔軟性を損なうものではなかった。(Embodiment 5) In this embodiment, chlorine or bromine is used in place of fluorine in bonding a reactive element to the surface of a graphite sheet by plasma as in Embodiment 2. Chlorine, bromine and iodine do not react only by heating the graphite sheet. For this reason, it was necessary to make the plasma into a state of high energy and react. Of these, iodine was not practical because the reaction did not proceed to the inside. Also, when comparing chlorine and bromine, it was found that the reaction proceeded more easily with chlorine. That is, when the film was exposed to plasma at plus 100 ° C. for 3 hours, the thickness of the formed insulating layer was about 1 μm in the case of chlorine and 0.6 μm in the case of bromine. However, none of them exhibited insulating properties and did not impair the original flexibility of the graphite sheet.
【0061】そして、本実施の形態のグラファイトシー
トを用いて、実施の形態1のものと同様に物性を確認し
比較したところ、特に接着性が改善されており、過度に
折り曲げたりした場合でも、絶縁層がグラファイトシー
ト表面より剥離するような現象は全く発生しなかった。Using the graphite sheet of the present embodiment, the physical properties were confirmed and compared in the same manner as in the first embodiment. Especially, the adhesiveness was improved, and even if the sheet was excessively bent, The phenomenon that the insulating layer peeled off from the graphite sheet surface did not occur at all.
【0062】また本実施例で得られた絶縁層に対して、
実施例3に示した、酸素プラズマ処理は同様に有効であ
ったことを付記しておく。Further, with respect to the insulating layer obtained in this embodiment,
It should be noted that the oxygen plasma treatment shown in Example 3 was similarly effective.
【0063】(実施の形態6)本実施の形態では、実施
の形態4によって表面の反応性を大きくした絶縁層を持
つグラファイトシートでサイズが10cmx10cmの
ものに銅を1μmの厚さに蒸着し、更にその銅の蒸着膜
をリソグラフィーによりパワーIC用の回路パターンに
形成した。この上にICチップを直接フリップチップ方
式でボンディングした。これを同じサイズのポリイミド
フィルムの上に同様の回路を形成し、ICチップをボン
ディングした場合と比較したところ、ICチップを動作
させて定常状態になったときの温度はグラファイトシー
ト上のものが85℃であったのに対しポリイミド上のも
のは97℃を超える温度になってしまった。(Embodiment 6) In this embodiment, copper is vapor-deposited to a thickness of 1 μm on a graphite sheet having an insulating layer whose surface reactivity is increased according to Embodiment 4 and having a size of 10 cm × 10 cm. Further, the copper vapor deposition film was formed into a circuit pattern for a power IC by lithography. An IC chip was directly bonded thereon by a flip chip method. When this was compared with the case where a similar circuit was formed on a polyimide film of the same size and the IC chip was bonded, the temperature when the IC chip was operated and reached a steady state was 85% on the graphite sheet. On the other hand, on polyimide, the temperature exceeded 97 ° C.
【0064】本実施の形態によれば、熱伝導性に優れた
グラファイトシートの上に薄い絶縁層を介して直接回路
を形成することができ、発熱の大きい素子を効率的に冷
却することができる。さらに、本グラファイトシート自
身が柔軟であることから、従来使われてきたポリイミド
を超えるような新しい機能の実現が可能となる。According to the present embodiment, a circuit can be formed directly on a graphite sheet having excellent thermal conductivity via a thin insulating layer, and an element generating a large amount of heat can be efficiently cooled. . Further, since the graphite sheet itself is flexible, it is possible to realize new functions exceeding those of the conventionally used polyimide.
【0065】(実施の形態7)本実施の形態では、実施
の形態3によって表面処理されたグラファイトシート、
あるいは表面に絶縁材料層の形成されていないグラファ
イトシートに適当に選択された接着剤によって、電子回
路の形成されたポリイミド等の高分子からなるフィルム
が接着された。(Embodiment 7) In this embodiment, a graphite sheet surface-treated according to Embodiment 3
Alternatively, a film made of a polymer such as polyimide having an electronic circuit formed thereon was adhered to a graphite sheet having no insulating material layer formed on the surface thereof by an appropriately selected adhesive.
【0066】このようなフレキシブルな電子回路をもち
いて、実施の形態5と同様に同一サイズの電子回路を作
りICの温度を比較したところ、88℃程度であった。
本実施例によれば、電子回路のベースフィルムとして、
50μmのポリイミドフィルムが介在しているために、
回路上に付けた部品、特にトランジスタやICなどから
の発熱を取り去る効果は、実施の形態6に比較すると劣
るが、従来使われてきた回路材料構成をあまり大幅に変
えることなく使用できる。Using such a flexible electronic circuit, an electronic circuit of the same size was made in the same manner as in the fifth embodiment, and the temperature of the IC was about 88 ° C.
According to this embodiment, as a base film of an electronic circuit,
Because the 50μm polyimide film is interposed,
Although the effect of removing heat generated from components mounted on the circuit, particularly transistors, ICs and the like, is inferior to that of the sixth embodiment, it can be used without significantly changing the conventionally used circuit material configuration.
【0067】高分子フィルムだけの回路では発熱が問題
となってきているような部分に本実施の形態の高分子フ
ィルムの電子回路をグラファイトシートに貼り付けた構
成を使用することにより、簡便に解決することができ
る。By using a configuration in which the electronic circuit of the polymer film of the present embodiment is attached to a graphite sheet in a portion where heat generation is a problem in a circuit using only the polymer film, a simple solution can be obtained. can do.
【0068】[0068]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ポリイミ
ドフィルムを予備焼成と本焼成からなる焼成を行い、焼
成後圧延ロ−ラーを用いて圧延を行ったグラファイトシ
ートの表面に絶縁材料層を設けることにより、柔軟性、
電気的絶縁性に優れ、グラファイト粉末が脱離しにくい
といった特性の改善が図られた良品質のグラファイトシ
−トが得られるものである。更にこの絶縁層の表面を処
理することで、電子回路を直接形成することができる。As described above, according to the present invention, a polyimide film is fired by pre-firing and main firing, and after firing, the insulating material layer is formed on the surface of the graphite sheet rolled using a rolling roller. By providing flexibility,
It is possible to obtain a graphite sheet of good quality, which is excellent in electrical insulation and has improved characteristics such that graphite powder is not easily detached. Further, by treating the surface of the insulating layer, an electronic circuit can be directly formed.
フロントページの続き (72)発明者 田尾本 昭 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内 Fターム(参考) 4G032 AA13 BA04 GA11 GA19 4G046 EA03 EB01 EB06 EC03 EC05 5F036 AA01 BB21 BD11 Continuation of the front page (72) Inventor Akira Taomoto 3-10-1, Higashi-Mita, Tama-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa F-term in Matsushita Giken Co., Ltd. 4G032 AA13 BA04 GA11 GA19 4G046 EA03 EB01 EB06 EC03 EC05 5F036 AA01 BB21 BD11
Claims (10)
ムを不活性ガス中で室温から昇温して1000℃から1
600℃の温度範囲までで焼成する予備処理工程と、前
記予備処理工程後室温から昇温して温度2500℃以上
の温度までで焼成しグラファイトシートを得る本処理工
程と、前記本処理工程で得られたグラファイトシートを
圧延処理する圧延処理工程と、前記圧延処理工程後グラ
ファイトシートの表面に絶縁材料層を設ける工程とによ
って表面に絶縁性の層が形成されたグラファイトシート
の製造方法。1. A polyimide film having a thickness of 300 μm or less is heated from room temperature in an inert gas to 1000 ° C.
A preliminary processing step of firing at a temperature range of 600 ° C., a main processing step of raising the temperature from room temperature after the preliminary processing step to firing at a temperature of 2500 ° C. or higher to obtain a graphite sheet, A method for producing a graphite sheet having an insulating layer formed on the surface thereof by a rolling step of rolling the obtained graphite sheet and a step of providing an insulating material layer on the surface of the graphite sheet after the rolling step.
に微細な傷を付ける工程が含まれている請求項1記載の
グラファイトシートの製造方法。2. The method for producing a graphite sheet according to claim 1, further comprising a rolling treatment step or a step of making fine scratches on the surface thereafter.
トシートの表面にフッ素を反応させる工程である請求項
1乃至2記載のグラファイトシートの製造方法。3. The method for producing a graphite sheet according to claim 1, wherein the step of providing the insulating material layer is a step of reacting fluorine on the surface of the graphite sheet.
トシートの表面に塩素ないし臭素を反応させる工程であ
る請求項1記載のグラファイトシートの製造方法。4. The method for producing a graphite sheet according to claim 1, wherein the step of providing the insulating material layer is a step of reacting chlorine or bromine on the surface of the graphite sheet.
ムを不活性ガス中で焼成し、圧延処理されたグラファイ
トシートであって、前記圧延処理後グラファイトシート
の表面に絶縁材料層を形成したグラファイトシート。5. A graphite sheet obtained by calcining and rolling a polyimide film having a thickness of 300 μm or less in an inert gas, wherein an insulating material layer is formed on the surface of the graphite sheet after the rolling.
イトシートの表面に微細な傷がつけられている請求項5
記載のグラファイトシート。6. The graphite sheet has fine scratches on its surface after or after the rolling process.
The described graphite sheet.
面にフッ素を反応させて形成される請求項5乃至6記載
のグラファイトシート。7. The graphite sheet according to claim 5, wherein the insulating material layer is formed by reacting fluorine on the surface of the graphite sheet.
なる請求項5記載のグラファイトシート。8. The graphite sheet according to claim 5, wherein the insulating material layer mainly comprises carbon and fluorine.
面に塩素ないし臭素を反応させて形成させる請求項5記
載のグラファイトシート。9. The graphite sheet according to claim 5, wherein the insulating material layer is formed by reacting chlorine or bromine on the surface of the graphite sheet.
た絶縁材料層の上に導電性の材料の薄膜で電子回路が形
成された請求項6乃至8記載のグラファイトシート。10. The graphite sheet according to claim 6, wherein an electronic circuit is formed by a thin film of a conductive material on the insulating material layer formed on the surface of the graphite sheet.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11050015A JP2000247740A (en) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | Graphite sheet having insulated surface and its production |
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- 1999-02-26 JP JP11050015A patent/JP2000247740A/en not_active Withdrawn
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