JP2001028414A - 放熱スペーサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】より高度な熱伝導性と柔軟性を有する放熱スペ
ーサーを提供すること。 【解決手段】平均粒子径１０〜５０μｍの窒化アルミニ
ウム粉末３０〜６０体積％、六方晶窒化ホウ素で被覆さ
れたマグネシウム及び／又はカルシウムのホウ酸塩粉末
を主体とする粉末１０〜２５体積％を含有してなるシリ
コーン硬化物からなることを特徴とする放熱スペーサ
ー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピューター、
ワードプロセッサーなどの情報処理機器におけるＩＣ、
ＬＳＩ、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の半導体素子より発生する熱
を効率よく放出するのに有用な放熱スペーサーに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピューターやワードプロセッ
サー等の情報処理機器は、携帯用使用の薄型サイズのも
のが好まれるようになっている。それに伴い、半導体素
子も高密度化・小型化され、そこから発生する熱も増加
の一途をたどり、それを効率良く除去することが重要な
課題となっている。

【０００３】従来より、半導体素子より発生した熱の除
去は、半導体素子を熱伝導性シート介して放熱フィンや
金属板に取り付けて行われている。しかしながら、情報
処理機器の小型化・薄型化により、放熱フィン等を取り
付けるスペースがない場合も多くなり、その場合には情
報処理機器のケース等に直接伝熱して放熱する方式が取
られている。

【０００４】このような方式においては、半導体素子と
ケースの間に、そのスペースを埋める厚みを有した、シ
リコーン硬化物等の樹脂硬化物に熱伝導性フィラーの充
填された柔らかな放熱スペーサーが用いられており、更
なる高熱伝導性を付与したものが要求されている。

【０００５】放熱スペーサー（以下、単に「スペーサ
ー」ともいう。）の高熱伝導化を達成するには、スペー
サー内に存在する熱伝導性フィラーを連続的に接触させ
ればよく、その一法として、窒化ホウ素（ＢＮ）等の熱
伝導性フィラーの充填量を多くすることが行われてい
る。しかし、この方法では、スペーサーの柔らかさが低
下し、情報処理機器のケース等との接触が悪くなって、
熱伝導性が著しく低下する等、限界があった。

【０００６】そこで、熱伝導性の良好な窒化アルミニウ
ム（ＡｌＮ）粉末をフィラーとして用いることの提案が
あるが、窒化アルミニウム粉末のみを用いて、今日要求
のある高熱伝導性を満たすには、７０体積％程度又はそ
れ以上の高充填が必要となり、シリコーン等の樹脂が硬
化障害を起こすことがあるなど、スペーサーのフィラー
としては好適に用いることができないでいた。ここで、
「硬化障害」とは、例えば液状シリコーン等の樹脂に熱
を加えても硬化せず、液状の状態を保ち続けるという現
象である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑み
てなされたものであり、その目的は、窒化アルミニウム
粉末を用い、硬化障害を起こさない、より高度な熱伝導
性と柔軟性を有するスペーサーを提供することである。
本発明の目的は、熱伝導性フィラーとして、平均粒子径
の最適化された窒化アルミニウム粉末と、六方晶窒化ホ
ウ素（ｈＢＮ）で被覆されたマグネシウム及び／又はカ
ルシウムのホウ酸塩粉末（以下、「ＢＮ被覆ホウ酸塩粉
末」という。）を主体とする粉末とを併用することによ
って、達成することができる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、平
均粒子径１０〜５０μｍの窒化アルミニウム粉末３０〜
６０体積％、六方晶窒化ホウ素で被覆されたマグネシウ
ム及び／又はカルシウムのホウ酸塩粉末を主体とする粉
末１０〜２５体積％を含有してなるシリコーン硬化物か
らなることを特徴とする放熱スペーサーである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を更に詳細に説明す
る。

【００１０】本発明のスペーサーのマトリックスとして
用いられるシリコーン硬化物としては、一般的な電子材
料用途に使用されているシリコーン、例えば付加反応に
より加硫する液状シリコーン樹脂、過酸化物を加硫に用
いる熱加硫型ミラブルタイプのシリコーン樹脂等を不都
合なく用いることができる。

【００１１】スペーサーは、半導体素子の発熱面と放熱
フィン等の放熱面との密着性が要求されるため、柔軟性
の良好なシリコーンが好ましく、付加反応型液状シリコ
ーンが好適となる。付加反応型液状シリコーンの具体例
としては、一分子中にビニル基とＨ−Ｓｉ基の両方を有
する一液性のシリコーン、又は末端あるいは側鎖にビニ
ル基を有するオルガノポリシロキサンと末端あるいは側
鎖に２個以上のＨ−Ｓｉ基を有するオルガノポリシロキ
サンとの二液性のシリコーン等がある。このような付加
反応型液状シリコーンの市販品としては、例えば東レダ
ウコーニング社製、商品名「ＳＥ−１８８６」等を例示
することができる。スペーサーの柔軟性は、架橋密度の
調整によって容易に調節することができる。また、シリ
コーンには、必要に応じて硬化剤等の通常の添加剤を適
宜配合することができる

【００１２】本発明でいうＢＮ被覆ホウ酸塩粉末とは、
マグネシウム又はカルシウムのホウ酸塩粒子のコア部
と、その表面の全部又は一部を覆っている鱗片状ｈＢＮ
からなるシェル部とで構成されているものである。マグ
ネシウム又はカルシウムのホウ酸塩とｈＢＮの確認は、
エネルギー分散型蛍光Ｘ線測定器を用いて行うことがで
きる。コア部の割合は、粒子断面の面積占有率で１０〜
８０％であることが好ましく、またシェル部の厚みは数
〜十数μｍであることが好ましい。

【００１３】本発明で使用されるＢＮ被覆ホウ酸塩粉末
を主体して含む粉末は、次のようにして製造することが
できる。すなわち、メラミン、ホウ酸、並びにマグネシ
ウム、カルシウムの水酸化物及び炭酸塩から選ばれた少
なくとも一種の無機化合物のモル百分率の三元組成図
（メラミン，ホウ酸，無機化合物）において、点Ａ（３
５，６０，５）、Ｂ（２５，７０，５）、Ｃ（５，８
０，１５）、Ｄ（５，５，９０）を結ぶ線で囲まれた範
囲内にある混合物を、そのままもしくは３００ｋｇｆ／
ｃｍ²以下、好ましくは１００ｋｇｆ／ｃｍ²以下の圧力
で成形した後、窒素、アンモニア等の非酸化性雰囲気
下、温度１７００〜２２００℃で０．５〜２４時間、好
ましくは２〜１０時間焼成すると、ＢＮ被覆ホウ酸塩粉
末とｈＢＮとの混合粉末が製造されるので、この混合粉
末を水等の溶剤中に超音波分散させ、浮遊選別すること
によって、製造することができる（例えば特願平１０−
３５２５１９号明細書参照）。この場合において、２４
μｍＪＩＳ篩いで篩い上残分を選別すると、ＢＮ被覆ホ
ウ酸塩粉末の割合が７５〜９５重量％程度の混合粉末が
得られ、篩い目を粗くすると、ＢＮ被覆ホウ酸塩粉末の
割合を更に高めることができる。

【００１４】従って、本発明において、「ＢＮ被覆ホウ
酸塩粉末を主体して含む粉末」とは、ＢＮ被覆ホウ酸塩
粉末を７０重量％以上（１００重量％を含む）を含み、
ｈＢＮ粉末を含む（０重量％を含む）粉末であると定義
される。

【００１５】本発明のスペーサーにおいて、ＢＮ被覆ホ
ウ酸塩粉末を主体として含む粉末の含有割合は、１０〜
２５体積％である。１０体積％未満では、シリコーンが
硬化障害を起こすようになり、また高度な熱伝導性を付
与することができない。一方、２５体積％よりも多くな
ると、窒化アルミニウム粒子の間にＢＮ被覆ホウ酸塩粉
末が存在する割合が多くなって、窒化アルミニウム粒子
間の粒子接触が少なくなってしまい、これまた高度な高
熱伝導性を発揮させることができなくなる。

【００１６】本発明においては、窒化アルミニウム粉末
は、上記ＢＮ被覆ホウ酸塩粉末を主体として含む粉末と
併用される。窒化アルミニウム粉末の粒径が重要であ
り、平均粒子径で１０〜５０μｍでなければならない。
平均粒子径が１０μｍ未満ではシリコーンの硬化障害が
著しく、加硫させることが困難となる。一方、５０μｍ
をこえると、スペーサー表面に凹凸が著しく現れ、放熱
部材との密着性が低下する。

【００１７】本発明において、窒化アルミニウム粉末の
スペーサー中の含有割合は、３０〜６０体積％とする。
３０体積％未満では窒化アルミニウムの持つ高熱伝導性
を十分に発揮させることができず、また６０体積％をこ
えると、ＢＮ被覆ホウ酸塩粒子の適切量と併用しても、
硬化障害が起こるようになる。窒化アルミニウム粉末と
しては、直接窒化法、アルミナ還元法等の製造法の区別
なく使用することができる。

【００１８】本発明のスペーサーの硬さは、使用目的に
応じて適切な硬さが選択され、例えばアスカーＣ硬度で
８０以下のものが使用される。また、厚みは、０．１〜
４ｍｍ、特に０．２〜２ｍｍが一般的である。

【００１９】更には、その平面形状は、半導体素子と密
着できる形状ないしは半導体素子を埋没できる形状であ
れば、特に制限されるものではなく、例えば三角形、四
角形、五角形などの多角形、円形、楕円形等の任意の形
状を用いることができ、更には半導体素子が密着ないし
は埋没しやすいように凹凸を設けることもできる。

【００２０】本発明のスペーサーは、原料の混合・成形
・加硫の各工程を経て製造される。原料の混合には、ロ
ールミル、ニーダー、バンバリーミキサー等の公知の混
合機が用いられる。成形は、押出し成形法、プレス成形
法によることが好ましい。ドクターブレード法では、使
用可能な粘度となるまで有機溶剤を添加しなければなら
ず、成形後有機溶剤を除去する工程が必要となり、生産
性に劣る。加硫温度は、５０〜２００℃が望ましい。５
０℃未満では加硫時間が長くなり、２００℃をこえると
スペーサーが劣化する。加硫には、一般的な熱風乾燥
機、遠赤外乾燥機、マイクロ波乾燥機等を用いて行うこ
とができる。

【００２１】

【実施例】以下、実施例、比較例をあげて更に具体的に本
発明を説明する。

【００２２】実施例１、２ 比較例１〜６ 付加反応型シリコーン樹脂（東芝シリコーン社製 商品
名「ＳＥ１８８６」）、窒化アルミニウム粉末及びＢＮ
被覆ホウ酸カルシウム塩を含む粉末を、表１に示した所
定の割合となるよう配合し、攪拌混合した。

【００２３】得られた混合物を、真空押出機にて厚さ１
ｍｍとなるように押出し成形した後、１６０℃の乾燥機
中に１０時間静置して加硫・硬化させ、適宜長さに切断
してスペーサーを作製した。得られたスペーサーの熱伝
導率と圧縮率を以下に従い測定した。それらの結果を表
１に示す。

【００２４】（１）熱伝導率：スペーサーをＴＯ−３型
銅製ヒーターケースと銅板との間に挟み、スペーサー厚
みの１０％を圧縮した後、銅製ヒーターケースに電力５
Ｗかけて４分間保持し、銅製ヒーターケースと銅板との
温度差を測定し、熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）＝｛電力
（Ｗ）×厚み（ｍ）｝／｛温度差（Ｋ）×測定面積（ｍ
² ）｝、にて熱伝導率を算出した。 （２）圧縮率：スペーサーを１ｃｍ²角に打ち抜いた
後、精密万能試験機（島津製作所製商品名「オートグラ
フ」）により、厚さ方向に１ｋｇｆの荷重をかけたとき
の圧縮変形量を計測し、圧縮率（％）＝｛圧縮変形量
（ｍｍ）×１００｝／元の厚さ（ｍｍ）にて、圧縮率を
算出した。

【００２５】

【表１】

【００２６】実施例３ ＢＮ被覆ホウ酸カルシウム塩を含む粉末のかわりに、Ｂ
Ｎ被覆ホウ酸マグネシウム塩を含む粉末を用いたこと以
外は、実施例１に準じてスペーサーを作製した。その結
果を表１に示す。

【００２７】なお、ＢＮ被覆ホウ酸カルシウム塩を含む
粉末（又はＢＮ被覆ホウ酸マグネシウム塩を含む粉末）
は、次のようにして製造されたものを使用した。

【００２８】ホウ酸６０モル％、メラミン２８モル％、
水酸化カルシウム（又は水酸化マグネシウム）１２モル
％の配合比でヘンシェルミキサーを用いて混合した。そ
れを温度８５℃、相対湿度９０％の恒温恒湿槽中で７時
間保持した後、アルミナ乳鉢で軽く解砕し、圧力１００
ｋｇｆ／ｃｍ²で金型成形した。成形物（直径約４０ｍ
ｍ×高さ１５ｍｍ）の全量（約１０００ｇ）をｐＢＮ製
坩堝に充填し、高周波誘導炉にて、窒素気流中、２１０
０℃で６時間焼成した。

【００２９】次いで、焼成物をアルミナ製乳鉢で解砕
し、１５０μｍの乾式篩いにより整粒した後、更にエタ
ノール中で超音波分散させてから再び湿式篩いにより２
４μｍ未満の微粉を除去し、乾燥させてＢＮ被覆ホウ酸
カルシウム塩（又はＢＮ被覆ホウ酸マグネシウム塩）を
約９２重量％と、ｈＢＮを約８重量％を含む粉末を製造
した。

【００３０】上記ＢＮ被覆ホウ酸塩粉末のｈＢＮ被覆率
は約８４％、平均粒子径は１７μｍ、ＢＮ被覆ホウ酸塩
粒子断面のホウ酸カルシウム塩（又はホウ酸マグネシウ
ム塩）の占める割合は約６０％であった。なお、ｈＢＮ
被覆率とホウ酸塩の占める割合は、１００個の粒子につ
いて測定した平均値である。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、より高度な熱伝導性と
柔軟性を有するスペーサーが提供される。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平均粒子径１０〜５０μｍの窒化アルミ
   ニウム粉末３０〜６０体積％、六方晶窒化ホウ素で被覆
   されたマグネシウム及び／又はカルシウムのホウ酸塩粉
   末を主体とする粉末１０〜２５体積％を含有してなるシ
   リコーン硬化物からなることを特徴とする放熱スペーサ
   ー。