JP2002198473A

JP2002198473A - 熱伝導材

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Publication number: JP2002198473A
Application number: JP2000395374A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Shirato; 斉白土; Hirobumi Omura; 博文尾村; Tetsuo Sumiya; 哲生角谷
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2002-07-12

Abstract

(57)【要約】【課題】発熱体及び放熱体の表面への界面密着性が高
く、高熱伝導性を有しているにもかかわらず、取り扱い
が容易である高熱伝導材を提供することを目的とする。【解決手段】２つの部材間に挟まれるように介在し、
一方の部材の熱を他方の部材に伝える熱伝導材におい
て、高熱伝導材料からなる帯状またはひも状をした高伝
熱体がその一部を両部材との接触面方向にそれぞれ突出
するように、前記高伝熱体よりも柔軟性を有する芯材に
担持されているとともに、高伝熱体の少なくとも突出部
が両部材へ押圧によって部材表面への密着面積を増大す
るように変形可能になっていることを特徴とする構成と
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、優れた熱伝導性お
よび界面密着性を有している熱伝導材に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、電気・電子部品などの発熱体に
添設して発熱体から伝わった発熱体の熱を放熱させるヒ
ートシンク等の放熱部品との間には、従来、熱が発熱体
から放熱部品に効率よく伝わるようにシリコーンオイル
コンパウンドや、窒化ホウ素、アルミナ、窒化ケイ素ま
たは窒化アルミニウムなどの熱伝導性の高い充填材を高
充填したシリコーンゴムシートなどが用いられている
（例えば、特開平１０−１３９８９３号公報）。

【０００３】すなわち、電気・電子部品に限らず、発熱
体及び放熱体の表面は、平滑でないことが多く、僅かに
凹凸を有している。従って、両者を直接接触させても接
触面積が小さく熱伝導が悪い場合がある。そこで、柔軟
で凹凸に添いやすく高熱伝導性を有する上記のようなシ
リコーンオイルコンパウンドやシリコーンゴムシート等
の熱伝導材を発熱体と放熱体との間に介在させるように
なっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記シリコー
ンオイルコンパウンドの場合、柔軟性があり、密着性が
高く、熱抵抗性もよいのであるが、粘稠体であるので、
取り扱い性が悪いとともに塗りムラが発生する恐れもあ
る。一方、上記のシリコーンゴムシートのように、柔軟
性樹脂に高熱伝導性の充填材を充填したような熱伝導材
の場合、高い熱伝導性を得るために、熱伝導性充填材の
充填量を大きくすると、柔軟性が乏して密着性が悪くな
る。したがって、柔軟性はあるが、充填材量が不十分で
熱伝導率が低く、熱抵抗の大きいものにならざるを得な
い。

【０００５】そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなさ
れ、発熱体及び放熱体の表面への界面密着性が高く、高
熱伝導性を有しているにもかかわらず、取り扱いが容易
である高熱伝導材を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明の請求項１にかかる熱伝導材（以下、「請求
項１の熱伝導材」と記す。）は、２つの部材間に挟まれ
るように介在し、一方の部材の熱を他方の部材に伝える
熱伝導材において、高熱伝導材料からなる帯状または線
状をした高伝熱体がその一部を両部材との接触面方向に
それぞれ突出するように、前記高伝熱体よりも柔軟性を
有する芯材に担持されているとともに、高伝熱体の少な
くとも突出部が両部材へ押圧によって部材表面への密着
面積を増大するように変形可能になっていることを特徴
とする構成とした。

【０００７】上記構成において、高熱伝導材料として
は、特に限定されないが、通常、放熱シートなどとして
使用されている熱伝導材に配合される各種充填材を用い
ることができる。例えば、酸化アルミニウム、酸化マグ
ネシウム、酸化ベリリウム、酸化チタン、酸化インジウ
ムすず（ＩＴＯ）などの酸化物類；窒化ホウ素、窒化ケ
イ素、窒化アルミニウムなどの窒化物類；炭化ケイ素な
どの炭化物類；銅、銀、鉄、アルミニウム、ニッケル、
チタンなどの金属充填材；各種合金充填材；ダイヤモン
ド、カーボンなどの炭素系充填材；石英、石英ガラスな
どのシリカ粉類などが挙げられる。なお、高熱伝導材料
の熱伝導率は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上あることが好まし
い。すなわち、熱伝導率が高いほど、高熱伝導材料の使
用量を少なく抑えることが出来るため、得られる熱伝導
材の柔軟性を高めて、密着性に優れた熱伝導材を得るこ
とができる。

【０００８】高伝熱体は、帯状または線状をしている
と、紐やワイヤーなどのように縒り合わせて形成したも
のであっても、縒り合わせずに形成したものであっても
よいが、特に、接触面積が大きい帯状をしていることが
好ましい。また、このとき、高伝熱体が帯状をしている
場合の帯幅は、芯材を全体的に覆う幅であってもよく、
特に限定されないが、厚みは、５００μｍ以下であるこ
とが好ましい。

【０００９】すなわち厚みが５００μｍを超えると、柔
軟性が低下し、２つの部材間に熱伝導材を挟ませるとき
の締め付け圧力を強くしなければならなくなるのに加え
て、無理に締め付けたときに高伝熱体が折れ曲がってし
まい、熱伝導効率が悪くなってしまうおそれがある。

【００１０】また、高伝熱体が、線状をしている場合、
径は、０．１μｍ〜５００μｍの範囲にあることが好ま
しい。すなわち、径が０．１μｍ以下であると、取り扱
い時に切れやすく、この熱伝導材を、たとえば部材とし
てコンピューターにおけるＣＰＵとヒートシンクとの間
に介在させるような場合、電気回路をショートさせる原
因になってしまうおそれがある。一方、径が５００μｍ
を超えると、柔軟性が低下し、２つの部材間に熱伝導材
を挟ませるときの締め付け圧力を強くしなければならな
くなるのに加えて、無理に締め付けたときに高伝熱体が
折れ曲がってしまい、熱伝導効率が悪くなってしまうお
それがある。

【００１１】また、高伝熱体は、押圧により部材表面へ
の密着面積を増大するように変形可能となっていれば、
変形可能な力としては、特に限定されないが、本発明の
請求項３に記載の熱伝導材（以下、「請求項３の熱伝導
材」と記す。）のように、高伝熱体が０．１ＭＰａ（１
ｋｇｆ／ｃｍ²）以下の力で変形可能となっていると、
弱い力で部材表面に密着面積を増大させることが可能と
なるため、より効率良く界面密着性を高めることができ
るようになり好ましい。

【００１２】また、芯材を形成する材料としては、高伝
熱体よりも柔軟性を有していれば特に限定されないが、
たとえば、シリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキ
シ系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポ
リエーテル系樹脂、二重結合を有するモノマーを単独重
合または共重合させてなるアクリル系樹脂、スチレン系
樹脂、酢酸ビニル系樹脂、アクリロニトリル系樹脂、オ
レフィン系樹脂、天然あるいは合成ゴム系樹脂などが挙
げられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上
併用されてもよい。さらに、これらの樹脂は架橋されて
いてもよい。加えて、これら樹脂に柔軟性を損なわない
範囲で、高熱伝導材料を練りこむようにすると、より優
れた熱伝導性を得ることができるため好ましい。

【００１３】なお、芯材の硬度は、熱伝導材としての密
着性を確保することができるのであれば特に限定されな
いが、取り扱いの容易さ等の観点から、芯材の硬度は、
ショアＡ硬度２〜５０の範囲内にあることが好ましい。

【００１４】また、芯材から高伝熱体の一部が突出する
形態としては、芯材の一方から突出している高伝熱体
と、芯材の他方から突出している高伝熱体とが高伝熱状
態で繋がっていれば特に限定されないが、たとえば、本
発明の請求項２にかかる熱伝導材（以下、「請求項２の
熱伝導材」と記す。）のように、高伝熱体が、その中間
部が芯材内を貫通した状態で芯材に担持されている形態
などが挙げられる。

【００１５】なお、高伝熱体の一部が突出している部分
の形態としては、特に限定されないが、たとえば、髭
状、パイル状で突出している形態、あるいはこれら突出
している部分が折れ曲がっている形態、さらには前記折
れ曲がっている部分が厚肉に形成されている形態などが
挙げられる。また、このときの突出している長さは、特
に限定されないが、突出部分が折れ曲がったときに、隣
接している突出部分に当たらない程度の長さであること
が好ましい。

【００１６】また、高伝熱体と芯材との比率としては、
体積比として、１／９９〜４０／６０の範囲にあること
が好ましい。すなわち、高伝熱体の割合が少なすぎる
と、放熱特性が悪くなってしまい、高伝熱体の割合が高
すぎると、得られた熱伝導体の柔軟性が低下してしまう
おそれがある。

【００１７】また、熱伝導体の形状としては、たとえ
ば、ブロック形状やパイプ形状などが挙げられるが、特
に、本発明の請求項４に記載した熱伝導材（以下、「請
求項４の熱伝導材」と記す。）のように、シート状に形
成されていることが好ましい。さらに、熱伝導体は、部
材との接触面に接着層を備えていてもよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる熱伝導材の
実施の形態を図面とともに説明する。

【００１９】図１は、本発明にかかる熱伝導材の１実施
の形態を示した側面視断面図である。図２は、熱伝導材
１が、部材としてのヒートシンクＨに接触している状態
を示した側面視断面図である。

【００２０】熱伝導材１は、図１に示したように、芯材
２と、高伝熱体３とを備えている。芯材２は、アクリル
樹脂など柔軟性および弾性を有する原料樹脂に窒化物か
らなる高伝熱材料を含有させた樹脂材料により、ショア
硬度Ａ２〜Ａ５０、厚み５０μｍ〜２０００μｍのシー
ト状に形成されている。

【００２１】金属繊維などの繊維状に形成された高伝熱
材料からなる高伝熱体３は、径が０．１μｍ〜５００μ
ｍの範囲に調整されており、その中間部３２が芯材内２
２を貫通した状態、且つ、突出部３１が芯材２から突出
するように芯材２に担持されている。なお、高伝熱体３
が貫通されているピッチは、高伝熱体３を形成する材料
や、芯材２の伝導性により適宜決定されるようになって
いる。

【００２２】上記構成をしている熱伝導材１は、図２に
示したように、ヒートシンクＨに接触させたとき、高伝
熱体３の突出部３１が、折れ曲がり変形をすることによ
り、ヒートシンクＨと熱伝導材１との密着面積が向上す
るようになっている。また、芯材２において、変形した
突出部３１が臨んでいる部分２１は、突出部３１の分だ
け窪むとともに、芯材２の有している弾性力によりヒー
トシンクＨ方向に突出部３１を付勢するようになってい
る。

【００２３】次に、熱伝導材１の製造方法を図面ととも
に説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は、熱伝導材１の製造
過程を示した説明図である。まず、図３（ａ）に示したように、高伝熱体３が並列
された状態で収納されている型Ｂ内に、芯材２を形成す
る樹脂材料Ａを流し込み、シート体１ａを得る。

【００２４】次に、図３（ｂ）に示したように、シー
ト体１ａを積み重ねた後、所定の厚みに切断して、図３
（ｃ）に示した芯材２の原型となる切断物１ｂを得る。次に、図３（ｄ）に示したように、切断物１ｂにおけ
る芯材が露出する部分の端部を溶剤で溶かし、高伝熱体
３の突出部３１が、芯材２から突出された状態とする。以上の操作により、熱伝導材１を得ることができる。

【００２５】熱伝導材１は、上述したように、芯材２か
ら高伝熱体３の突出部３１が突出しているため、他の部
材に接触させたとき、この突出部３１が他の部材との接
触面積を増大するように倒れるようになっている。した
がって、他の部材との間との界面密着性に優れ、非常に
効率良く熱伝導を行うことができる。また、非常に製造
が容易であるため、製造を行うのに特別な技術を要する
ことがない。さらに、高伝熱体３は、芯材２の柔軟性を
損なわせることがなく、取り扱いも容易である。

【００２６】なお、本発明にかかる熱伝導材は、上記実
施の形態に限定されない。たとえば、図４に示したよう
に、芯材２０ａの中心にアルミ箔などの高熱伝導材料か
らなる部材２２ａを介在させ、一端が突出部３１ａとな
っているとともに、多端が部材２２ａに接するようにな
っている高伝熱体３０ａが設けられている熱伝導材１０
ａのような形態をしていても良い。また、図５に示した
ように、一本の長い帯状または線状の高伝熱体３０ｂが
芯材２０ｂに担持されている熱伝導剤１０ｂのような形
態をしていても良い。

【００２７】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。（実施例１）図３（ａ）に示したように、高伝熱体３と
して径１８０μｍの銅線が一方向に並列された状態で、
略１０本／１０ｍｍの割合で収納されている型Ｂ内に、
アクリル樹脂（２ＥＨＡ／ＡＡ＝９０／１０）が７０Ｖ
ＯＬ％と窒化ホウ素が３０ＶＯＬ％とからなる樹脂材料
Ａを溶剤（酢酸エチル）で希釈して（溶剤５０ｗｔ％）
流し込み、その後、乾燥・硬化させて厚さ４００μｍを
したシート体１ａを得た。

【００２８】次に、シート体１ａを１００枚積み重ねて
プレスすることで、図３（ｂ）に示したように幅３０ｍ
ｍ、高さ３５ｍｍ、長さ３００ｍｍの塊を得た後、４０
０μｍの厚みで高伝熱体３の向きと垂直方向に切断し
て、図３（ｃ）に示したような切断物１ｂを得た。

【００２９】次に、図３（ｄ）に示したように、切断物
１ｂにおける表面部分をそれぞれ１５０μｍ、酢酸エチ
ル溶液により溶かして、熱伝導材１を得た。このとき高
伝熱体３と芯材２との体積比は、高伝熱体３：芯材２＝
熱伝導２９ｖｏｌ％：芯材７１ｖｏｌとなった。

【００３０】（実施例２）図６（ａ）に示したように、
厚み２５μｍ、巾１００μｍの金からなる帯状長尺品を
高伝熱体３００として、略２５本／１０ｍｍとなるよう
に略等間隔で１列に並べ、アクリル樹脂（２ＥＨＡ／Ａ
Ａ＝９０／１０）が７０ＶＯＬ％と窒化ホウ素が３０Ｖ
ＯＬ％とからなる樹脂材料Ａを溶剤（酢酸エチル）で希
釈した状態（溶剤５０ｗｔ％）キャスティングした。こ
のときの厚みは２００μｍであったが、その後乾燥・硬
化させることで１３０μｍの厚みをしたシートを得るこ
とができた。

【００３１】上述した操作により得られたシートを１０
０枚重ねてプレスすることで、幅３０ｍｍ、高さ１１ｍ
ｍ、長さ３００ｍｍの塊１００ａを得た後、図６（ｂ）
に示したように、４００μｍの厚みで高伝熱体３００の
向きから３０°の方向に切断して、切断物１００ｂを得
た。次に、図６（ｃ）に示したように、切断物１００ｂ
における表面部分それぞれ約１００μｍを酢酸エチル溶
液に浸漬して溶かし、熱伝導材１００を得た。このとき
高伝熱体と芯材との体積比は、高伝熱体：芯材＝１１ｖ
ｏｌ％：７１ｖｏｌ％となった。

【００３２】（比較例１）市販の熱伝導シート（信越シ
リコン社製：製品名ＴＣ−１００ＴＫＣ）を熱伝導材と
して用いた。（比較例２）市販の熱伝導グリース（信越シリコン社
製：製品名Ｇ７４７）を約７０μｍに塗工したものを熱
伝導材として用いた。

【００３３】（比較例３）Ａ液（ビニル基を有するオル
ガノシロキサン）と、Ｂ液（Ｈ−Ｓｉ基を有するオルガ
ノシロキサン）の２液性の付加反応型シリコーン（東レ
ダウコーニング社製、ＳＥ−１８８５）を、Ａ液３８容
量部、Ｂ液２７容量部で混合するとともに、この混合液
に窒化ホウ素（電気化学工業社製、デカボロンナイトラ
イドＳＧＰ）４０容量部、反応遅延剤としてのマレイン
酸ジメチル０．０１５容量部を加え室温下で混合してス
ラリーを得た。

【００３４】得られたスラリーを断面凹状の金型内に流
し込み、平板状の蓋で１５０℃で１０分間加熱プレス
し、厚み２００μｍのグリーンシートを得た。そして、
このグリーンシートを５０枚積層した後、これを乾燥し
て１５０℃で２２時間乾燥して積層固化物を得た。この
積層固化物を積層方向と垂直に２００μｍ厚で切断して
シート状に形成した熱伝導シートを熱伝導材として用い
た。

【００３５】以上の実施例１、実施例２および比較例１
〜比較例３における熱伝導材のそれぞれを、図７に示し
た測定装置Ｓを用いて以下のようにして熱抵抗値を測定
し、その結果とともに、それぞれの熱伝導材の取り扱い
容易性を表１に示した。測定装置Ｓを用いた熱抵抗値の
測定は、アルミニウム製の冷却器ｓ１の上に、サンプル
となる熱伝導材ｓ２を乗せ、さらにその上に熱源となる
ＩＣ（韓国製：７８０５ＵＣ８８４７、電力量３．５
Ｗ）を乗せた。

【００３６】以上の状態で、ボルトｓ３により、締め付
けトルク１Ｎ／ｍで締め付け、ＩＣに電源を入れた５分
後のＴ１部分とＴ２部分との温度を測定した。なお、冷
却器ｓ１は、内部に恒温水槽ｓ４から２３℃の水を循環
供給されるようになっている。また、熱抵抗値の計算は
以下のようにして行った。熱抵抗値（℃／Ｗ）＝（Ｔ１−Ｔ２）／（ＩＣへの供給
電力量）

【００３７】

【表１】

【００３８】表１の結果より、実施例１および実施例２
は、比較例１〜比較例３と比べて、ＩＣおよび冷却器と
の界面密着度を高めて優れた伝熱性を有しているにもか
かわらず、取り扱いも容易であることがわかる。

【００３９】

【発明の効果】本発明に係る請求項１または請求項２の
熱伝導材は、発熱体及び放熱体の表面への界面密着性が
高く、高熱伝導性を有しているにもかかわらず、取り扱
いが容易である。したがって、電気部品の放熱部材とし
て優れた効果を発揮する。放散させることができる。

【００４０】また、請求項３の熱伝導材は、上記効果に
加えて、芯材から突出している部分が０．１ＭＰａ以下
の力で変形可能となっているため、より容易にしかも確
実に部材との間の界面密着性を高めることができ、効率
良く一方の部材の熱を他方の部材へ伝導させることがで
きる。また、請求項４の熱伝導材は、上記効果に加え
て、シート形状をしているため、使い勝手に優れてい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる熱伝導材の１実施の形態を示し
た側面視断面図である。

【図２】図１に示した熱伝導材がヒートシンクに接触し
ている状態を示した側面視断面図である。

【図３】図１に示した熱伝導材の製造過程を示した説明
図である。

【図４】本発明にかかる熱伝導材の他の実施形態を示し
た側面視断面図である。

【図５】本発明にかかる熱伝導材の他の実施形態を示し
た側面視断面図である。

【図６】本発明にかかる熱伝導材の他の製造過程を示し
た説明図である。

【図７】熱抵抗値を測定する装置の概略図である。

【符号の説明】

１熱伝導材２芯材３高伝熱体３１突出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの部材間に挟まれるように介在し、一
方の部材の熱を他方の部材に伝える熱伝導材において、
高熱伝導材料からなる帯状または線状をした高伝熱体が
その一部を両部材との接触面方向にそれぞれ突出するよ
うに、前記高伝熱体よりも柔軟性を有する芯材に担持さ
れているとともに、高伝熱体の少なくとも突出部が両部
材へ押圧によって部材表面への密着面積を増大するよう
に変形可能になっていることを特徴とする熱伝導材。
【請求項２】高伝熱体が、その中間部が芯材内を貫通し
た状態で芯材に担持されている請求項１に記載の熱伝導
材。
【請求項３】高伝熱体が０．１ＭＰａ以下の力で変形可
能となっている請求項１または請求項２に記載の熱伝導
材。
【請求項４】シート状に形成されている請求項１〜請求
項３の何れかに記載の熱伝導材。