JP2002211990A - 放熱板及びその製造方法 - Google Patents
放熱板及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 表面に熱伝導性の良好な被覆材が形成されて
いる炭素繊維強化炭素複合材料からなる放熱板を提供
し、その製造方法をも提供すること。 【解決手段】 表面に１０〜５００μｍの厚さのＳｉＣ
層が形成されている炭素繊維強化炭素複合材料からなる
こととした放熱板。炭素繊維強化炭素複合材料の表面に
Ｓｉ粉末をペースト状またはスラリー状にして塗布し、
乾燥した後、それを非酸化雰囲気中で１５００〜２００
０℃の温度で加熱処理することにより、表面に１０〜５
００μｍの厚さのＳｉＣ層を形成することとした放熱板
の製造方法。
いる炭素繊維強化炭素複合材料からなる放熱板を提供
し、その製造方法をも提供すること。 【解決手段】 表面に１０〜５００μｍの厚さのＳｉＣ
層が形成されている炭素繊維強化炭素複合材料からなる
こととした放熱板。炭素繊維強化炭素複合材料の表面に
Ｓｉ粉末をペースト状またはスラリー状にして塗布し、
乾燥した後、それを非酸化雰囲気中で１５００〜２００
０℃の温度で加熱処理することにより、表面に１０〜５
００μｍの厚さのＳｉＣ層を形成することとした放熱板
の製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、放熱板及びその製
造方法に関し、特に炭素繊維強化炭素複合材料からなる
放熱板及びその製造方法に関する。
造方法に関し、特に炭素繊維強化炭素複合材料からなる
放熱板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯型情報機器、特にノート型パ
ソコンの小型化、高性能化に伴い、ＣＰＵ（中央演算処
理装置）から発生する熱量も増大し、この熱をいかに外
部に逃し、冷却するかの放熱が大きな課題となってい
る。
ソコンの小型化、高性能化に伴い、ＣＰＵ（中央演算処
理装置）から発生する熱量も増大し、この熱をいかに外
部に逃し、冷却するかの放熱が大きな課題となってい
る。
【０００３】従来、このような放熱対策として、例えば
ヒートパイプが接続されたアルミニウムなどからなる放
熱板が広く用いられている。最近では、その放熱板に熱
伝導率の高い炭素材料、特に高い強度を有する炭素繊維
強化炭素複合材料、すなわちＣ／Ｃコンポジットからな
る放熱板の適用が試みられている。
ヒートパイプが接続されたアルミニウムなどからなる放
熱板が広く用いられている。最近では、その放熱板に熱
伝導率の高い炭素材料、特に高い強度を有する炭素繊維
強化炭素複合材料、すなわちＣ／Ｃコンポジットからな
る放熱板の適用が試みられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この放
熱板は、炭素材料特有の導電性を有する炭素粉を含むた
め、その炭素粉が粉塵となって電子部品内部に飛散する
と、その粉塵が部品内部に組み込まれている基板面に滞
留するだけでなく、基板面に配線されている配線をショ
ートさせ、電子部品に障害を与えるという問題があっ
た。
熱板は、炭素材料特有の導電性を有する炭素粉を含むた
め、その炭素粉が粉塵となって電子部品内部に飛散する
と、その粉塵が部品内部に組み込まれている基板面に滞
留するだけでなく、基板面に配線されている配線をショ
ートさせ、電子部品に障害を与えるという問題があっ
た。
【０００５】その粉塵対策として、この炭素複合材料の
表面をフィルムや樹脂などの被覆材で被覆することが試
みられているが、この被覆した材料の熱伝導率が低いた
めに（フィルム：０．５Ｗ／ｍＫ、樹脂：０．５Ｗ／ｍ
Ｋ）、被覆材と炭素複合材料との界面で熱抵抗を生じ、
放熱性が大きく低下するという問題が生じている。
表面をフィルムや樹脂などの被覆材で被覆することが試
みられているが、この被覆した材料の熱伝導率が低いた
めに（フィルム：０．５Ｗ／ｍＫ、樹脂：０．５Ｗ／ｍ
Ｋ）、被覆材と炭素複合材料との界面で熱抵抗を生じ、
放熱性が大きく低下するという問題が生じている。
【０００６】本発明は、上述した放熱板が有する課題に
鑑みなされたものであって、その目的は、表面に熱伝導
性の良好な被覆材が形成されている炭素繊維強化炭素複
合材料からなる放熱板を提供し、その製造方法をも提供
することにある。
鑑みなされたものであって、その目的は、表面に熱伝導
性の良好な被覆材が形成されている炭素繊維強化炭素複
合材料からなる放熱板を提供し、その製造方法をも提供
することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するため鋭意研究した結果、表面にＳｉＣ層を形
成すれば、表面に熱伝導性の良好な被覆材が形成されて
いる炭素繊維強化炭素複合材料からなる放熱板が得られ
るとの知見を得て本発明を完成するに至った。
を達成するため鋭意研究した結果、表面にＳｉＣ層を形
成すれば、表面に熱伝導性の良好な被覆材が形成されて
いる炭素繊維強化炭素複合材料からなる放熱板が得られ
るとの知見を得て本発明を完成するに至った。
【０００８】即ち本発明は、（１）表面に１０〜５００
μｍの厚さのＳｉＣ層が形成されている炭素繊維強化炭
素複合材料からなることを特徴とする放熱板（請求項
１）とし、（２）炭素繊維強化炭素複合材料の表面にＳ
ｉ粉末をペースト状またはスラリー状にして塗布し、乾
燥した後、それを非酸化雰囲気中で１５００〜２０００
℃の温度で加熱処理することにより、表面に１０〜５０
０μｍのＳｉＣ層を形成することを特徴とする放熱板の
製造方法（請求項２）とすることを要旨とする。以下さ
らに詳細に説明する。
μｍの厚さのＳｉＣ層が形成されている炭素繊維強化炭
素複合材料からなることを特徴とする放熱板（請求項
１）とし、（２）炭素繊維強化炭素複合材料の表面にＳ
ｉ粉末をペースト状またはスラリー状にして塗布し、乾
燥した後、それを非酸化雰囲気中で１５００〜２０００
℃の温度で加熱処理することにより、表面に１０〜５０
０μｍのＳｉＣ層を形成することを特徴とする放熱板の
製造方法（請求項２）とすることを要旨とする。以下さ
らに詳細に説明する。
【０００９】上記で述べたように、本発明の放熱板とし
ては、表面に１０〜５００μｍの厚さのＳｉＣ層が形成
されている炭素繊維強化炭素複合材料からなる放熱板と
した（請求項１）。前記したように、表面にＳｉＣ層
（熱伝導率：１７０Ｗ／ｍＫ）を形成することにより、
表面に熱伝導性に優れた被覆材が形成されている炭素複
合材料からなる放熱板となる。そのＳｉＣ層の厚さとし
ては、１０〜５００μｍが好ましく、１０μｍより薄い
と下地が露出し易く、５００μｍより厚いとＳｉＣ層が
剥離し易い。
ては、表面に１０〜５００μｍの厚さのＳｉＣ層が形成
されている炭素繊維強化炭素複合材料からなる放熱板と
した（請求項１）。前記したように、表面にＳｉＣ層
（熱伝導率：１７０Ｗ／ｍＫ）を形成することにより、
表面に熱伝導性に優れた被覆材が形成されている炭素複
合材料からなる放熱板となる。そのＳｉＣ層の厚さとし
ては、１０〜５００μｍが好ましく、１０μｍより薄い
と下地が露出し易く、５００μｍより厚いとＳｉＣ層が
剥離し易い。
【００１０】その放熱板の製造方法としては、炭素繊維
強化炭素複合材料の表面にＳｉ粉末をペースト状または
スラリー状にして塗布し、乾燥した後、それを非酸化雰
囲気中で１５００〜２０００℃の温度で加熱処理するこ
とことにより、表面に１０〜５００μｍの厚さのＳｉＣ
層を形成することとする製造方法とした（請求項２）。
強化炭素複合材料の表面にＳｉ粉末をペースト状または
スラリー状にして塗布し、乾燥した後、それを非酸化雰
囲気中で１５００〜２０００℃の温度で加熱処理するこ
とことにより、表面に１０〜５００μｍの厚さのＳｉＣ
層を形成することとする製造方法とした（請求項２）。
【００１１】この方法は、表面のＳｉ粉末を溶融Ｓｉと
することにより、その溶融Ｓｉとその下地である炭素と
を反応させてＳｉＣとし、そのＳｉＣによりＳｉＣ層を
形成するものであるので、ＳｉＣ層と下地の炭素複合材
料とが強固に結合された放熱板となる。その溶融Ｓｉと
炭素との反応は、非酸化雰囲気中で１５００〜２０００
℃の温度で加熱処理することが好ましく、非酸化雰囲気
中でないと、下地の炭素が燃えてしまい好ましくなく、
また、１５００℃より低いとＳｉＣの形成が難しく、２
０００℃より高いとＳｉの蒸発により緻密なＳｉＣ層が
得られないので好ましくない。
することにより、その溶融Ｓｉとその下地である炭素と
を反応させてＳｉＣとし、そのＳｉＣによりＳｉＣ層を
形成するものであるので、ＳｉＣ層と下地の炭素複合材
料とが強固に結合された放熱板となる。その溶融Ｓｉと
炭素との反応は、非酸化雰囲気中で１５００〜２０００
℃の温度で加熱処理することが好ましく、非酸化雰囲気
中でないと、下地の炭素が燃えてしまい好ましくなく、
また、１５００℃より低いとＳｉＣの形成が難しく、２
０００℃より高いとＳｉの蒸発により緻密なＳｉＣ層が
得られないので好ましくない。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の製造方法をさらに詳しく
述べると、先ず炭素繊維を含んだ炭素繊維強化炭素複合
材料を作製する。具体的には、熱可塑性樹脂、熱硬化性
樹脂などの樹脂を強化材である炭素繊維に含浸させ、そ
れを加熱処理して樹脂を炭化させ、熱分解炭素を生成さ
せることにより作製できる。
述べると、先ず炭素繊維を含んだ炭素繊維強化炭素複合
材料を作製する。具体的には、熱可塑性樹脂、熱硬化性
樹脂などの樹脂を強化材である炭素繊維に含浸させ、そ
れを加熱処理して樹脂を炭化させ、熱分解炭素を生成さ
せることにより作製できる。
【００１３】炭素繊維の強化形態は、特に限定されず、
一方向強化、二次元強化、三次元強化などを用いること
ができる。炭化条件としては、不活性ガス中で１０００
〜２０００℃の温度で加熱処理すればよい。炭素繊維の
含有率は、４０〜７０体積％程度が適している。
一方向強化、二次元強化、三次元強化などを用いること
ができる。炭化条件としては、不活性ガス中で１０００
〜２０００℃の温度で加熱処理すればよい。炭素繊維の
含有率は、４０〜７０体積％程度が適している。
【００１４】本発明に用いられる炭素繊維としては、ポ
リアクリロニトリル系炭素繊維（ＰＡＮ系炭素繊維）、
ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維などが挙げられ
る。その中で、熱伝導率が３００〜１２００Ｗ／ｍＫの
高熱熱伝導率のものが放熱性が良好である点でより好ま
しい。
リアクリロニトリル系炭素繊維（ＰＡＮ系炭素繊維）、
ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維などが挙げられ
る。その中で、熱伝導率が３００〜１２００Ｗ／ｍＫの
高熱熱伝導率のものが放熱性が良好である点でより好ま
しい。
【００１５】その作製された炭素繊維強化炭素複合材料
の表面にＳｉＣ層を形成する。その形成方法としては、
先ずＳｉ粉末を用意し、そのＳｉ粉末に溶媒、有機バイ
ンダーを加え混合したペースト、あるいはスラリーを炭
素複合材料の表面に塗布する、もしくはスラリー中に炭
素複合材料を浸漬するなどして表面にＳｉ層を形成す
る。それを非酸化雰囲気中で１５００〜２０００℃の温
度で加熱処理することにより、Ｓｉ層が下地の炭素と反
応してＳｉＣ層となり、ＳｉＣ層で被覆された炭素繊維
強化炭素複合材料からなる放熱板が作製される。
の表面にＳｉＣ層を形成する。その形成方法としては、
先ずＳｉ粉末を用意し、そのＳｉ粉末に溶媒、有機バイ
ンダーを加え混合したペースト、あるいはスラリーを炭
素複合材料の表面に塗布する、もしくはスラリー中に炭
素複合材料を浸漬するなどして表面にＳｉ層を形成す
る。それを非酸化雰囲気中で１５００〜２０００℃の温
度で加熱処理することにより、Ｓｉ層が下地の炭素と反
応してＳｉＣ層となり、ＳｉＣ層で被覆された炭素繊維
強化炭素複合材料からなる放熱板が作製される。
【００１６】このＳｉＣ層の被覆は、放熱板として用い
るためには、炭素複合材料の基礎物性を維持しながら炭
素粉の飛散を防止するだけでよいので、炭素複合材料の
内部までＳｉＣ化する必要はなく、そのＳｉＣ層の厚さ
は、前記したように１０〜５００μｍが好ましい。
るためには、炭素複合材料の基礎物性を維持しながら炭
素粉の飛散を防止するだけでよいので、炭素複合材料の
内部までＳｉＣ化する必要はなく、そのＳｉＣ層の厚さ
は、前記したように１０〜５００μｍが好ましい。
【００１７】このように、ＳｉＣ層の被覆は、熱膨張係
数、弾性率、強度などの炭素複合材料の物性そのものを
改善させるというものではなく、あくまでも被覆材の熱
伝導性を高めるものなので、炭素複合材料の表面にのみ
被覆するだけでよく、そのため、炭素複合材料そのもの
の物性は実質的に変化しない。
数、弾性率、強度などの炭素複合材料の物性そのものを
改善させるというものではなく、あくまでも被覆材の熱
伝導性を高めるものなので、炭素複合材料の表面にのみ
被覆するだけでよく、そのため、炭素複合材料そのもの
の物性は実質的に変化しない。
【００１８】以上の方法で放熱板を作製すれば、表面に
熱伝導性の良好な被覆材が形成されている炭素繊維強化
炭素複合材料からなる放熱板を得ることができる。
熱伝導性の良好な被覆材が形成されている炭素繊維強化
炭素複合材料からなる放熱板を得ることができる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に具体的
に挙げ、本発明をより詳細に説明する。
に挙げ、本発明をより詳細に説明する。
【００２０】（実施例） （１）放熱板の作製 用意した４００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するＰＡＮ系の
炭素繊維を一方向に強化した炭素繊維強化炭素複合材料
から３０×３０×２ｍｍの大きさの板を切り出し、その
表面にＳｉ粉末（エルケム社製）１００重量部にメタノ
ール５０重量部、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）５重
量部加え、混合して調整したスラリーを塗布し、乾燥し
た後、それをＡｒ雰囲気中で１５００℃の温度で加熱処
理して表面にＳｉＣ層が形成された炭素繊維強化炭素複
合材料からなる放熱板を作製した。
炭素繊維を一方向に強化した炭素繊維強化炭素複合材料
から３０×３０×２ｍｍの大きさの板を切り出し、その
表面にＳｉ粉末（エルケム社製）１００重量部にメタノ
ール５０重量部、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）５重
量部加え、混合して調整したスラリーを塗布し、乾燥し
た後、それをＡｒ雰囲気中で１５００℃の温度で加熱処
理して表面にＳｉＣ層が形成された炭素繊維強化炭素複
合材料からなる放熱板を作製した。
【００２１】（２）評価 得られた放熱板の表面を目視観察し、炭素粉の有無を調
べた。その結果、放熱板の表面には炭素粉は全く認めら
れなかった。また、得られた放熱板を白紙に押し当て数
回強く擦り紙が黒色に汚れるかを調べた。その結果、放
熱板を白紙に擦りつけても白紙が汚れることはなかっ
た。さらに、ＳｉＣ層に傷を入れ、粘着テープで剥がし
試験を行い、ＳｉＣ層が剥がれるかどうかを調べた。さ
らにまた、得られた放熱板を切断し、その切断面からＳ
ｉＣ層の厚さを顕微鏡で測定した。その結果、ＳｉＣ層
の厚さが２００μｍと適切なため、テープによる剥がれ
もなく、ＳｉＣ層が強固に結合されていることが確認さ
れた。このことは、炭素複合材料の表面に適切な厚さの
ＳｉＣ層を形成すれば、表面に熱伝導性の良好な被覆材
が形成されている炭素繊維強化炭素複合材料からなる放
熱板が得られることを示している。
べた。その結果、放熱板の表面には炭素粉は全く認めら
れなかった。また、得られた放熱板を白紙に押し当て数
回強く擦り紙が黒色に汚れるかを調べた。その結果、放
熱板を白紙に擦りつけても白紙が汚れることはなかっ
た。さらに、ＳｉＣ層に傷を入れ、粘着テープで剥がし
試験を行い、ＳｉＣ層が剥がれるかどうかを調べた。さ
らにまた、得られた放熱板を切断し、その切断面からＳ
ｉＣ層の厚さを顕微鏡で測定した。その結果、ＳｉＣ層
の厚さが２００μｍと適切なため、テープによる剥がれ
もなく、ＳｉＣ層が強固に結合されていることが確認さ
れた。このことは、炭素複合材料の表面に適切な厚さの
ＳｉＣ層を形成すれば、表面に熱伝導性の良好な被覆材
が形成されている炭素繊維強化炭素複合材料からなる放
熱板が得られることを示している。
【００２２】（比較例）比較のために比較例１では、Ｓ
ｉＣ層の厚さを７００μｍと本発明より厚くした他は、
また、比較例２では、ＳｉＣ層の厚さを７μｍと本発明
より薄くした他は実施例と同様に放熱板を作製し、評価
した。その結果、比較例１では、ＳｉＣ層の厚さが厚す
ぎたため、剥がし試験でＳｉＣ層が一部剥離してしまっ
た。また、比較例２では、ＳｉＣ層が薄すぎたため、白
紙に数回擦りつけただけで紙が黒色に汚れてしまった。
ｉＣ層の厚さを７００μｍと本発明より厚くした他は、
また、比較例２では、ＳｉＣ層の厚さを７μｍと本発明
より薄くした他は実施例と同様に放熱板を作製し、評価
した。その結果、比較例１では、ＳｉＣ層の厚さが厚す
ぎたため、剥がし試験でＳｉＣ層が一部剥離してしまっ
た。また、比較例２では、ＳｉＣ層が薄すぎたため、白
紙に数回擦りつけただけで紙が黒色に汚れてしまった。
【００２３】
【発明の効果】以上の通り、本発明の放熱板とすれば、
表面に熱伝導性の良好な被覆材が形成されている炭素繊
維強化炭素材料からなる放熱板とすることができるよう
になった。このことにより、熱伝導、熱膨張などの基礎
物性を損なうことなく、炭素粉の飛散を防止した優れた
放熱板となり、パソコンのＣＰＵなどの発熱部を有する
装置やＣＰＵパッケージの蓋などの放熱板として好まし
く使用することができるようになった。
表面に熱伝導性の良好な被覆材が形成されている炭素繊
維強化炭素材料からなる放熱板とすることができるよう
になった。このことにより、熱伝導、熱膨張などの基礎
物性を損なうことなく、炭素粉の飛散を防止した優れた
放熱板となり、パソコンのＣＰＵなどの発熱部を有する
装置やＣＰＵパッケージの蓋などの放熱板として好まし
く使用することができるようになった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩貝 達也 千葉県佐倉市大作２−４−２ 太平洋セメ ント株式 会社 中央研究所 Ｆターム(参考） 4G032 AA13 AA52 BA04 GA09 GA19
Claims (2)
- 【請求項１】 表面に１０〜５００μｍの厚さのＳｉＣ
層が形成されている炭素繊維強化炭素複合材料からなる
ことを特徴とする放熱板。 - 【請求項２】 炭素繊維強化炭素複合材料の表面にＳｉ
粉末をペースト状またはスラリー状にして塗布し、乾燥
した後、それを非酸化雰囲気中で１５００〜２０００℃
の温度で加熱処理することにより、表面に１０〜５００
μｍの厚さのＳｉＣ層を形成することを特徴とする放熱
板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001001017A JP2002211990A (ja) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | 放熱板及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001001017A JP2002211990A (ja) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | 放熱板及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002211990A true JP2002211990A (ja) | 2002-07-31 |
Family
ID=18869701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001001017A Pending JP2002211990A (ja) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | 放熱板及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002211990A (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0812457A (ja) * | 1994-06-28 | 1996-01-16 | Tonen Corp | 炭素繊維強化炭素複合材料とその製造方法 |
| JPH0952777A (ja) * | 1995-08-10 | 1997-02-25 | Tokai Carbon Co Ltd | 耐酸化性ｃ／ｃ複合材の製造方法 |
| JPH1029881A (ja) * | 1996-07-18 | 1998-02-03 | Tokai Carbon Co Ltd | 耐酸化性ｃ／ｃ複合材の製造方法 |
| JPH1067585A (ja) * | 1996-08-28 | 1998-03-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 炭素質材料の耐酸化処理法 |
| JP2000191386A (ja) * | 1998-12-28 | 2000-07-11 | Nippon Mitsubishi Oil Corp | 金属被覆炭素材料 |
-
2001
- 2001-01-09 JP JP2001001017A patent/JP2002211990A/ja active Pending
Patent Citations (5)
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