JP2001291810A

JP2001291810A - 放熱シートおよび電磁波シールド用シート

Info

Publication number: JP2001291810A
Application number: JP2000379982A
Authority: JP
Inventors: Genichiro Komiyama; 源一郎小宮山; Toshiaki Suzuki; 利昭鈴木
Original assignee: Tomoegawa Paper Co Ltd
Current assignee: Tomoegawa Co Ltd
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2001-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】厚み方向の熱伝導性が良好な、極薄の放熱シー
ト、および放熱機能と電磁波シールド機能との両機能を
有する電磁波シールド用シートを提供する。【解決手段】放熱シートは、熱伝導性接着剤層とその熱
伝導性接着剤層を担持する薄型エキスパンドメタル網状
シートより構成される。この放熱シートは電磁波シール
ド用シートとしても有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発熱する電子機器
の部品で発生する熱を、ヒートシンク等の冷却部におい
て熱放出のために用いる放熱シート、および電子機器部
品から発生したり入信するノイズをシールドするのに有
用な電磁波シールド用シートに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近のトランジスタ、コンデンサー、Ｌ
ＳＩパッケージ等の電気・電子部品は、多機能、高性能
化と共に、高集積化、小型化、薄型化の傾向にあり、そ
れに伴い、ＣＰＵ回路、トランジスタ内部、コンデンサ
ー等から発生する熱が、それらの本体内に蓄積され、高
温度レベルになるため、寿命が短くなったり誤作動を生
じる等、信頼性が低下するという問題がある。これらを
改善する対策として、放熱シートを用いて、電子部品か
らの発熱をヒートシンクに熱効率よく伝達させることが
行われている。

【０００３】通常、これら放熱シートは、マトリックス
樹脂と熱伝導性の良好なフィラーを用いてシート状に成
型されたものが用いられており、それを電子部品等の一
面に接着し、放熱シートの他面に放熱フィンを取り付け
て、電子部品から発生する熱を放熱シートを介して伝達
させることが行われている。そして放熱シートのマトリ
ックス樹脂としては、シリコーンゴム等が用いられ、熱
伝導性フィラーとしては、窒化ボロン、窒化アルミニウ
ム等の粒子状、板状、針状等の形状を有するものが用い
られている。放熱シートの作製は、マトリックス樹脂と
熱伝導性フィラーとの混合物を押出機で押し出し、ロー
ル、カレンダー等でシート化し、プレス加硫する方法、
上記混合物を塗料化し、ドクターブレードで塗布するこ
とによってシート化し、乾燥、プレス加硫する方法、あ
るいはマトリックス樹脂と熱伝導性フィラーとを混練し
て粉末状ゴム材に形成し、それをシート形成用金型に充
填して成型し、プレス加硫する方法等によって行うこと
ができる。

【０００４】しかしながら、これらの放熱シートは、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、シートの厚み方向の放熱特
性が良好でなかった。特に板状の導電性フィラーを用い
た場合には、多段構造となるため問題が大きかった。ま
た、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、シートの成型性等の加工特性が低下すると
共に、シートが破れたりして取扱い性に劣るという問題
があった。

【０００５】これらの点を改善するものとして、ガラス
製、金属製、樹脂製の網目状物、不織布等を補強材とし
て用いることが提案されている（特開平７−１４９５０
号公報等）。しかしながら、この放熱シートは、シート
の厚さが厚くなり、また、製造コストの点でも問題があ
った。すなわち、ガラス製、金属製、樹脂製の網目状物
を作成するためにモノフィラメントを用いると加工が困
難であるため、通常マルチフィラメントが用いられる
が、厚さが厚くなるという問題がある。厚さを薄くする
ためには平織りが好ましいが、ハンドリング性に欠ける
という問題がある。したがって、現在、放熱シートは、
容積的にも薄いものが望まれているが、通常０．２〜
０．３ｍｍの厚さのものが使用されており、厚さ１００
μｍ以下の極薄放熱シートを得ることは困難であった。
また、網目状物および不織布等は、繊維の交絡点や積層
箇所が微細なエアーボイドの発生源になりやすく、エア
ーボイドが発生したものとなるという問題もある。

【０００６】一方、電磁波シールドのためには、従来、
ＦＰＣ回路にアルミニウム箔の被覆が行われており、ま
た最近、ノート型パソコンのＦＰＣ回路にはステンレス
鋼繊維のシート状物の被覆が行われている。電磁波シー
ルドは、機能的には導電性のよい金属を用いるのが望ま
しいが、一般には加工コストの面からステンレス鋼繊維
が使用されている。他方、ＣＰＵ回路に接着して使用さ
れている放熱シートについては、補強効果があるものと
して、ガラス繊維、ステンレス鋼繊維等の平織り、紋織
り、畳織り等を用いたシート状物が提案されている。し
かしながら、放熱シートについて電磁波シールド機能を
有するものは未だ知られていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
の有する上記のような問題点を解決することを目的とし
てなされたものである。したがって、本発明の目的は、
厚み方向の熱伝導性が良好な、極薄の放熱シートを提供
することにある。本発明の他の目的は、放熱機能と電磁
波シールド機能との両機能を有する電磁波シールド用シ
ートを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、安価で、薄
く、高熱伝導性、高導電性のエキスパンドメタル網状シ
ートを用いることにより、放熱シートの熱伝導性の機能
が向上すると共に、厚さの制約が解決され、さらに電磁
波シールド機能をも有する放熱シートが得られることを
見出し、本発明を完成するに至った。

【０００９】すなわち、本発明の放熱シートは、熱伝導
性接着剤層と、その熱伝導性接着剤層を担持する薄型エ
キスパンドメタル網状シートとよりなることを特徴とす
る。また、本発明の電磁波シールド用シートは、上記放
熱シートよりなることを特徴とする。

【００１０】本発明において、上記薄型エキスパンドメ
タル網状シートは、その厚さが１００μｍ以下であるこ
とが好ましく、またその開口率は２０〜８０％であるこ
とが好ましい。また、熱伝導性接着剤層はマトリックス
樹脂および熱伝導性フィラーからなることが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】厚口鋼板をエキスパンド加工して
作製されるエキスパンドメタル網状シートは、安全柵や
防護壁に利用されているが、最近金属箔を精密エキスパ
ンド加工する技術が確立され、極薄のエキスパンドメタ
ル網状シートを作製することが可能になった。これらエ
キスパンドメタル網状シートは、各種電池の電極材料等
として応用されているが、本発明においては、この極薄
のエキスパンドメタル網状シートを放熱シートの補強材
として使用することを特徴としている。

【００１２】すなわち、本発明に用いる薄型エキスパン
ドメタル網状シートは、金属箔をエキスパンド加工する
ことによって作製されるのもであって、例えば、サンク
社からＳＵＰＥＲＨＩＭＥＳＨとして市販されてい
る。具体的には、金属箔に、ラス加工によって所定の間
隔をあけて平行な多数の破線状の切れ目を入れ、破線に
対して直角方向に引っ張ることによって網目状のメタル
シートを作製した後、圧延処理を施すことによって作製
することができる。その厚みは、１５０μｍ以下に設定
され、特に３０〜１００μｍの範囲のものが好ましい。
また、薄型エキスパンドメタルの開口率は、メッシュ長
目方向中心距離、メッシュ短目方向中心距離、刻み幅、
ラス厚（lath thickness）、金属箔厚を適宜設定するこ
とによって所望のものが得られる。開口率が低く、金属
絶対量が多いほど、熱伝導および電磁波シールド効果が
向上するが、一方開口率が高くなると、開口を通して上
下両面に存在する導電性接着剤層が連結し、金属との接
着力が向上するので、一般に網目の開口率は、２０〜８
０％の範囲にあるのが好ましい。したがって、開口率が
２０％よりも低くなると、接着剤層との界面接着強度が
低下し、８０％よりも高くなると、熱伝導性および電磁
波シールド性が低下する。

【００１３】薄型エキスパンドメタル網状シートを構成
する金属素材としては、銅、アルミニウム、銀、金、
鉄、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、
ＳＵＳ３１６）等を使用することができる。したがっ
て、本発明においては、金属素材の選択自由度が増し、
従来、加工性あるいはコスト等の面で実用が困難であっ
た金属素材も適宜使用することが可能である。下記表１
には、本発明において好ましく使用される金属素材の物
性を示す。

【表１】これらの金属の中でも、本発明には熱伝導性の理由で銅
及びアルミニウムが好適に使用される。

【００１４】本発明の放熱シートおよび電磁波シールド
用シートは、熱伝導性接着剤層が上記薄型エキスパンド
メタル網状シートに担持されているものであり、熱伝導
性接着剤が薄型エキスパンドメタル網状シートのメッシ
ュ開口を埋めた構造を有している。熱伝導性接着剤層
は、シートの厚さや放熱性等を考慮して、薄型エキスパ
ンドメタル網状シートの片面又は両面に存在するように
設けられる。なお、エキスパンドメタルとの接着力等の
点から両面に存在するのが好ましい。すなわち、熱伝導
性接着剤層の中に上記薄型エキスパンドメタルが埋設さ
れた状態になっているのが好ましい。

【００１５】本発明の放熱シートにおいて、熱伝導性接
着剤としては、接着剤としての機能を有するマトリック
ス樹脂中に熱伝導性フィラーが含まれるものが使用され
る。マトリックス樹脂は、常温で粘着性を有する粘着剤
としての機能を有するものを用いてもよい。熱伝導性フ
ィラーとしては、例えば、アルミニウム、金、銀、銅、
等の金属、アルミナ、シリカ、マグネシア等の金属酸化
物、窒化ボロン、窒化アルミニウム等の窒化物等があげ
られる。熱伝導性フィラーの形状は、粒状、板状、針状
等、如何なる形状でもよい。また、熱伝導性フィラーの
粒径は、１〜６０μｍ、好ましくは５〜５０μｍの範囲
であり、特に５〜３０μｍの範囲のものが好ましい。一
方、マトリックス樹脂としては、例えば、ＳＢＲ、ＮＢ
Ｒ等の合成ゴム、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、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配合割合は、重量で９
０：１０〜２０：８０、特に８０：２０〜４０：６０の
範囲が好ましい。

【００１６】本発明の放熱シートを製造するためには、
予め接着剤層形成用塗布液を調製しておき、それを薄型
エキスパンドメタル網状シートに塗布または含浸させ
て、薄型エキスパンドメタル網状シートの開口部分を熱
伝導性接着剤によって充填し、プレス加工、および所望
により加硫処理を施せばよい。また、熱伝導性接着剤が
熱硬化性樹脂を用いている場合は、熱伝導性接着剤層を
形成した後、それを予備硬化してＢステージ状にしても
よい。その場合、使用に際して発熱体等の接着対象物に
加圧しながら加熱、架橋させて接着することができる。
なお、熱伝導性接着剤層に、例えば、粘着剤が使用され
ていて、常温において粘着性を有する場合には、離型性
シート（フィルムまたは紙）を積層しておけばよい。

【００１７】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を説明する。実施例１熱伝導性接着剤として、エポキシ樹脂および窒化ボロン
を含有する接着剤（商品名：ＥＰＯＴＥＫＴ７１０
９、大阪造船所社製）を用い、また、薄型エキスパンド
メタル網状シートとして、開口率６０％、開口比率１．
５：０．７５、厚さ５０μｍのアルミニウム製のエキス
パンドメタル網状シート（サンク社製、ＳＵＰＥＲＨ
ＩＭＥＳＨ）を使用した。上記薄型エキスパンドメタル
網状シートに、上記接着剤を含浸塗工により塗布し、全
厚みが１００〜１１０μｍのシートを作製した。このシ
ートに１ｋｇの圧力を加え、温度１２０℃において３０
分間加熱して架橋させ、厚さ１００μｍの放熱シートを
作製した。

【００１８】実施例２薄型エキスパンドメタル網状シートとして、開口率６０
％、開口比率１：０．５、厚さ５０μｍの銅製のエキス
パンドメタル網状シート（サンク社製、ＳＵＰＥＲＨ
ＩＭＥＳＨ）を使用し、実施例１と同様に加工処理して
厚さ１００μｍの放熱シートを作製した。実施例３マトリックス樹脂として、シリコーンゴム系粘着剤（信
越シリコーン社製、ＫＥ１２２３）を用い、熱伝導性フ
ィラーとして粒径２０μｍのアルミニウム粉を用いて、
重量比で熱伝導性フィラーを６０％配合した熱伝導性粘
着剤を調製した。この熱伝導性粘着剤を厚さ３８μｍの
アルミニウム製エキスパンドメタル網状シート（サンク
社製、ＳＵＰＥＲＨＩＭＥＳＨ、開口率６０％、開口
比率１．５：０．７５）の片面に、スクリーン印刷し、
１３０℃で５分間乾燥し、次いで厚さ３８μｍの剥離用
ＰＥＴフィルムを両面に重ねて、常温加圧のゴムロール
にて、線圧１ＫＧ／ｃｍの条件で押圧し、全厚みが８５
μｍとなる放熱シートを作製した。

【００１９】比較例１ステンレス鋼繊維焼結シート（米坪量５０ｇ／ｍ²）を
使用した以外は、実施例１と同様に処理して、厚さ１３
０μｍの放熱シートを作製した。比較例２離型性フィルム（リンテック社製、商品名：ＰＥＴ３８
Ｘ）の上に、実施例１において用いた接着剤を塗布して
塗膜を形成し、１ｋｇの圧力を加え、温度１２０℃にお
いて３０分間加熱して架橋させた後、離型性フィルムを
除去して、厚さ１５０μｍの放熱シートを作製した。

【００２０】これら実施例および比較例の放熱シートに
ついて熱伝導率および電磁波シールド特性である電磁波
の減衰率を測定した。それらの結果を表２に示す。

【００２１】［熱伝導率の測定法］熱伝導率算出のため
の式は次のとおりである。放熱の伝熱機構が伝導伝熱に
従うとすれば、伝熱速度式はフーリエの法則に従い、次
式（１）で示される。ｑ＝−λ（ｄｔ／ｄｘ）・・・・・（１）（ｑ：熱流束（Ｗ／ｍ²）、λ：熱伝導率（Ｗ／ｍ／
Ｋ）、ｔ：温度（Ｋ）、ｘ：伝熱距離（ｍ））この式（１）は、温度差が存在すれば、物質内を熱が伝
導によって高温部から低温部に向かって移動することを
意味する。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。したがっ
て、放熱シートにおいて、その表裏両面の温度差をΔ
ｔ、シートの厚さをΔｘで示すと、Δｘ間は薄いとすれ
ば、Δｘ内においてλは、ほぼ一定であると仮定でき、
その内部の温度分布が直線的であるとすれば、ｑは近似
的に次式（２）で示すことができる。ｑ＝−λ（Δｔ／Δｘ）・・・・・（２）したがって、放熱性を高めるためには、Δｘ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
が分かる。上記の式（２）を変形すれば、次式（３）が
導かれ、放熱シートの熱伝導率を算出することができ
る。 −λ＝ｑ（Δｘ／Δｔ）＝（Ｑ／Ａ）（Δｘ／Δｔ）・・・・（３）（Ｑ：電力（Ｗ）、Ａ：伝熱面積（ｃｍ²））

【００２２】熱伝導率の測定方法は次のとおりである。
すなわち、放熱シートをヒートブロックおよび銅板を用
いて、厚みΔｘの間隔にサンドイッチ状に挟み込み、
０．５ｋｇ／ｃｍ²の圧力を印加する。一定の温度を与
える伝熱面（伝熱面積４ｃｍ²）のヒートブロックに２
０Ｗの電力を加え、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する。その測定値よりΔｔを求
め、上記式（３）によって熱伝導率λを算出する。

【００２３】［電磁波の減衰率の測定法］放熱シートを
１５ｃｍ×１５ｃｍのサイズに切り、スペクトラムアナ
ライザー（ＳｐｅｃｔｒｕｍＡｎａｌｙｚｅｒ）ＴＲ
４１７２を用いて、アドバンテスト法により、周波数３
００ＭＨｚにおける電磁波の減衰率を測定する。

【００２４】

【表２】

【００２５】実施例４薄型エキスパンドメタル網状シートとして、下記表３に
示す金属素材、厚さおよび開口率を有するものを用い、
実施例１と同様にして電磁波シールド用シートを作製し
た。これらのシートの周波数３００ＭＨｚおよび５００
ＭＨｚにおける電磁波の減衰率を上記と同様にして測定
した。その結果を表３に示す。

【００２６】

【表３】

【００２７】

【発明の効果】本発明の放熱シートは、上記のように網
目状の薄型エキスパンドメタル網状シートを用いたか
ら、作製に際してエアーボイドの発生がなく、極薄で厚
み方向の熱伝導率が良好な優れた放熱効果を奏するもの
であり、また、良好な電磁波シールド特性を有する。し
たがって、電気・電子部品、特にＣＰＵ、トランジス
タ、コンデンサー等の発熱体の放熱に好適であり、ま
た、電磁波シールド用シートとして種々のものに使用す
ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5E321 AA23 BB41 BB44 CC16 GG05 GH03 5F036 AA01 BA23 BB01 BB21 BD01 BD03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱伝導性接着剤層と、該熱伝導性接着剤
層を担持する薄型エキスパンドメタル網状シートとより
なることを特徴とする放熱シート。
【請求項２】薄型エキスパンドメタルの厚さが１００
μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の放熱
シート。
【請求項３】薄型エキスパンドメタル網状シートの開
口率が２０〜８０％であることを特徴とする請求項１に
記載の放熱シート。
【請求項４】薄型エキスパンドメタル網状シートが銅
またはアルミニウムからなることを特徴とする請求項１
に記載の放熱シート。
【請求項５】熱伝導性接着剤層がマトリックス樹脂お
よび熱伝導性フィラーからなることを特徴とする請求項
１に記載の放熱シート。
【請求項６】請求項１に記載の放熱シートよりなる電
磁波シールド用シート。