JP2001230353A - 放熱部材 - Google Patents
放熱部材Info
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Abstract
熱部材を提供すること。 【解決手段】シリコーン固化物に窒化アルミニウム粉末
が50体積%以上充填されてなる熱伝導率5W/m・K
以上の成形体からなるものであって、上記窒化アルミニ
ウム粉末の粒度構成が、粒子径150μm未満90%以
上、45μm未満の粒子に対する45〜150μmの粒
子の体積比率が0.5〜1.5であることを特徴とする
発熱性電子部品の放熱部材。
Description
放熱部材に関する。
り、放熱部材の熱伝導性の要求が益々高まっている。ま
た、携帯用パソコンをはじめ、電子機器の小型、薄型、
軽量化が進み、今後もこの方向性は変わらないと考えら
れる。従って、これらの電子機器へ用いる放熱部材も高
熱伝導化にあわせて薄型化が要求されている。
化ホウ素粉末の充填量を高めることが、一般的に行われ
ている。しかし、窒化ホウ素粒子は、その形状が鱗片状
であるのでシリコーン固化物へは粒子が寝た状態で充填
されてしまい、a軸方向の高熱伝導性(110W/m・
K)を十分に利用することが困難である。そのために
は、窒化ホウ素粒子を立たせて充填させるべき特別な配
慮が必要であった。
は、窒化アルミニウム粉末をフィラーとする多くの提案
がある(特開平3−14873号公報、特開平3−29
5863号公報、特開平6−164174号公報等)。
アルミニウム粉末は、水分と加水分解を起こし、水酸化
アルミニウムとアンモニアガスが発生する。水酸化アル
ミニウムは、熱伝導率が窒化アルミニウムよりもかなり
小さく、またアンモニアガスはそのまま気泡として残存
するので、いずれの場合も放熱部材の放熱特性が低下
し、窒化アルミニウム粉末の良好な熱伝導性を十分に生
かすことができていない。
高い粒子径の大きい100μm前後の粒子だけを用いる
ことが考えられるが、この場合、放熱部材の表面には粗
い粒子による凹凸が生じるため、発熱性電子部品に実装
したときに密着性が悪くなり、効率的な放熱を行うこと
ができなくなる。この放熱部材の密着性の問題は、放熱
部材が薄型化されると、さらに顕著となる。薄型化した
場合、放熱部材自体の熱伝導率よりも、表面の凹凸によ
る熱抵抗がかなり勝るためである。
ら、球状窒化アルミニウム焼結体粒子を用いることの提
案(特開平11−269302号公報等)がある。この
技術は、原料窒化アルミニウム粒子サイズをあらかじめ
造粒等によって焼結粒子サイズに調整しておくものであ
り、粉砕工程を経ないことが特徴である。このような球
状粒子を用いることによって、熱伝導性・樹脂の流動性
・成形時の金型摩耗性等が改善されたが、生産面・品質
面で解決しなければならない課題がある。
めに熱伝導率の低い結晶化触媒をバインダーとして球状
粒子内に留めておく必要があり、球状粒子自体の熱伝導
率を向上させることが困難であること、また、製造技術
面では、造粒時に有機系バインダー及び溶剤を用いるこ
と、焼成時に焼結助剤の溶出により球状粒子同士が合着
・凝集することなどである。しかも、所期したほどには
放熱部材の熱伝導率は向上しない。その原因は、放熱部
材の凹凸による密着性低にある。
ニウム焼結体から得られた平均粒子径50μm以下の粉
砕物を用いて解決することの提案(特開平6−2090
57号公報)があるが、この場合、耐加水分解性に劣る
懸念がある。また、粒子径が小さくなると、粒子間に薄
い熱伝導率の小さい樹脂層が介在し、粒子間の接触抵抗
が増大するため、放熱部材の熱伝導率を十分に向上させ
ることができなくなる。
れた平均粒子径30〜50μmの粉砕物と、平均粒子径
0.1〜5μmの未焼結窒化アルミニウム粉末とを併用
することの提案がある(特開平6−24715号公
報)。これによって、放熱部材の凹凸が少なくなり、密
着性は向上するが、焼結体粉末自体が微粉を有すること
に加え、更に0.1〜5μmの超微粉を20%以上を混
合するので、熱伝導率の大幅な向上はない。
てなされたものであり、その目的は、窒化アルミニウム
粉末の粒度構成を適正化することによって、熱伝導性と
耐加水分解性のバランスに優れた放熱部材を提供するこ
とである。
リコーン固化物に窒化アルミニウム粉末が50体積%以
上充填されてなる熱伝導率5W/m・K以上の成形体か
らなるものであって、上記窒化アルミニウム粉末の粒度
構成が、粒子径150μm未満90%以上、45μm未
満の粒子に対する45〜150μmの粒子の体積比率が
0.5〜1.5であることを特徴とする発熱性電子部品
の放熱部材である。
説明する。
ーン固化物に窒化アルミニウム粉末が充填されたもので
あり、IC、LSI等の半導体素子等の発熱性電子部品
から発生した熱を効率よく系外に除去するため、例えば
半導体素子と放熱基板等との間の0.1〜1mm程度の
隙間に組み込まれて使用されているものである。そのサ
イズ、硬さ、用途等の違いによって、放熱板、放熱シー
ト、放熱スペーサー等がある。
の熱伝導性・耐加水分解性・薄型化をバランス良く実現
させるために、窒化アルミニウム粉末の粒度構成を適正
化したことであり、特に粒子径150μm未満90%以
上、45μm未満の粒子に対する45〜150μmの粒
子の体積比率が0.5〜1.5、好適には3μm以下の
微粉の含有率を10%以下としたことである。
は、アルミナ還元法、金属アルミニウム粉末の直接窒化
法等で製造された粉末や、このような窒化アルミニウム
粉末にイットリア等の焼結助剤を0.5〜10%程度添
加し、成形後、窒素、アルゴン等の非酸化性雰囲気下、
温度1600〜2000℃程度で焼結された窒化アルミ
ニウム焼結体を粉砕して得られ粉砕物など、いずれであ
っても良い。好ましくは、45〜150μmの粒子を窒
化アルミニウム焼結体の粉砕物で構成されていることで
ある。
は、その主粒が150μm以下であり、150μmを超
える粒子は、多くても10%とする。150μmをこえ
る粗粒子が多くなると、放熱部材の表面の凹凸が多くな
り、密着性が悪くなって熱伝導性が十分に向上しない。
150μmの粒子の体積比率が0.5未満であると、シ
リコーン固化物への充填性が極端に悪化し、熱伝導率5
W/m・K以上の達成が困難となる。一方、該比が1.
5超であると、放熱部材の表面の凹凸が多くなり、密着
性が悪くなって熱伝導性が十分に向上しない。これらの
関連を有する中にあっても、耐加水分解性を具備させる
ため、3μm以下の微粉含有量を10%以下とすること
が好ましい。
への充填量は、熱伝導率5W/m・K以上の達成と成形
性の点から、50体積%以上、好ましくは70〜85体
積%である。
るシリコーン固化物としては、一般的な電子材料用途に
使用されているシリコーンゴム、例えば付加反応により
加硫する液状シリコーンゴム、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ゴム等が不都合な
く用いることができる。
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、シリコーン固化物中でも柔軟性を有するもの、ゴ
ム弾性を有するものが好適である。特に柔軟性が必要な
場合は、付加反応型液状シリコーンの固化物が使用でき
る。この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あるいは両端にビ
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をあげることができ
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−
1885」等を例示することができる。放熱スペーサー
の柔軟性は、付加反応によって形成される架橋密度によ
って調整することができる。また必要に応じて、各種の
硬化剤やその他の添加剤を適宜配合することができる。
の柔軟性は、JISA硬度で80以下が好ましい。
い。厚みは、0.05〜6mm、特に0.2〜2mmが
一般的である。
ると、シリコーン原料と所定粒度に調整された窒化アル
ミニウム粉末とを、ロールミル、ニーダー、バンバリー
ミキサー等の混合機を用いて混合し、その混合物を真空
脱気してから厚さ調整のための中空金枠に詰め、その上
下面をフッ素樹脂、ポリエチレンテレフタレート等の樹
脂製ベースフィルムで覆った後、更にその上下面に平滑
な金属板を当て、通常の平板プレス機を用い、5〜10
0MPa程度の圧力でプレスすることによって行われ
る。成形は、押出し法であってもよい。成形後、そのま
ま又は金枠から外して成形物の加硫を行い固化させる。
加硫温度は、40〜200℃であることが望ましい。
発明を説明する。
商品名「トーヤルナイト」、平均粒径2.7μm 3μ
m以下の微粉含有率52体積%)(a粉)、及び市販の
窒化アルミニウム焼結体を振動ミルにて粉砕して、50
0〜150μm(b粉)、45〜150μm(c粉)、
45μm下(3μm以下の微粉含有率5体積%)(d
粉)の窒化アルミニウム粉末をそれぞれ準備し、それら
を適宜混合して表1に示される粒度構成にした。
ン社製商品名「TSE3070」)と、上記粒度調整さ
れた窒化アルミニウム粉末を表1に示す割合で攪拌混合
機にて混合した。この混合物を真空脱気した後、厚み
1.0mmの中空金枠に詰め、その上下面をポリエチレ
ンテレフタレート製フイルムで覆った後、更にその上下
面に平板な金属板を当接し、14.7MPaの圧力でプ
レスした。次いで、金枠のまま温度150℃に保持され
た熱風乾燥機に20時間静置して加硫を行った後金枠よ
り取り外し、各種の放熱スペーサーを製造した。
従う熱伝導率を測定した。また、窒化アルミニウム粉末
の粒度構成と加水分解度を以下のようにして測定した。
それらの結果を表1に示す。
の間に挟み、スペーサー厚みの10%を圧縮した状態
で、ヒーターケースに電力20Wをかけて4分間保持し
てヒーターケースと銅板の温度差を測定し、TO−3型
の伝熱面積0.0006m2から、式、熱伝導率(W/
m・K)=〔電力(W)×シート厚さ(0.001
m)〕/〔伝熱面積(0.0006m2)×温度差
(℃)〕から算出した。
また、3μm以下の粒子の含有率は、レーザー回折式粒
度分布法(測定装置:Leed&Northrup社製
「マイクロトラックSPA」)で測定した。
対湿度95%以上の条件下に24時間静置した後、粉末
の酸素量を測定して評価した。試験前後の酸素量の差
が、式、AlN+3H2O=Al(OH)3 +NH3 、
に従い、窒化アルミニウムが水酸化アルミニウムに変化
したと仮定し、試験前後の酸素量の差を窒化アルミニウ
ムが水酸化アルミニウムに変化したときの理論酸素量
(61.5%)で割った値を、加水分解度とした。
比べて高熱伝導性であり、しかも窒化アルミニウム粉末
の加水分解度が小さいことから耐加水分解性も大きいも
のであることがわかる。
性のバランスに優れた放熱部材が提供される。
Claims (1)
- 【請求項1】 シリコーン固化物に窒化アルミニウム粉
末が50体積%以上充填されてなる熱伝導率5W/m・
K以上の成形体からなるものであって、上記窒化アルミ
ニウム粉末の粒度構成が、粒子径150μm未満90%
以上、45μm未満の粒子に対する45〜150μmの
粒子の体積比率が0.5〜1.5であることを特徴とす
る発熱性電子部品の放熱部材。
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