JP2002299533A - 放熱スペーサー - Google Patents
放熱スペーサーInfo
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Abstract
有する放熱スペーサーを提供する。 【解決手段】球形度が0.85以上かつ平均粒子径が3
0〜50μmの球状アルミナ粉末80〜95質量%と、
平均粒子径50〜150μmの窒化アルミニウム粉末5
〜20質量%を含む混合粉末が50〜80体積%充填さ
れてなるシリコーン硬化物から構成されてなることを特
徴とする、熱伝導率2.5W/m・K以上、0.1MP
aにおける圧縮率が20%以上、片面又は両面に0.0
1N/25mm以上の自己粘着性を有する放熱スペーサ
ー。網目状構造の補強材で補強されてなる上記放熱スペ
ーサー。
Description
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。
型サイズのものが好まれるようになった。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。
去は、半導体素子を熱伝導性シート介して放熱フィンや
金属板に取り付けることによって行われている。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する方式
が取られている。
ケースの間に、そのスペースを埋める厚みを有した、熱
伝導性フィラー含有のシリコーン硬化物からなる柔らか
な放熱スペーサーが用いられている。
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、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、この方法には限界があった。
して、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の高熱伝導性フ
ィラーを用いる方法もあるが、これらの粉末の粒子形状
や粒子径分布を高充填化に適した値に制御するのは大変
なことであり、分級・粉砕工程に多大な労力・時間が必
要となる。したがって、これらの粉末を単独で用いて熱
伝導性を高めるにはコストの点で問題がある。
分布を制御することは比較的容易であるが、その球形度
が高いもの程、点接触が主体となる。そのため、熱伝導
性を高めるには、フィラーを高充填する必要があるが、
この場合には上記のように柔軟性が損なわれる。
形状と粒子径分布の制御された球状アルミナ粉末と、普
通に入手できる窒化アルミニウム粉末とを併用して、高
熱伝導性・柔軟性・自己粘着性を有する放熱スペーサー
を提供することである。
形度が0.85以上かつ平均粒子径が30〜50μmの
球状アルミナ粉末80〜95質量%と、平均粒子径50
〜150μmの窒化アルミニウム粉末5〜20質量%を
含む混合粉末が50〜80体積%充填されてなるシリコ
ーン硬化物から構成されてなることを特徴とする、熱伝
導率2.5W/m・K以上、0.1MPaにおける圧縮
率が20%以上、片面又は両面に0.01N/25mm
以上の自己粘着性を有する放熱スペーサーである。ま
た、本発明は、上記放熱スペーサーが網目状構造の補強
材で補強されてなるものである。
説明する。
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。
フィン等の放熱面との密着性が要求されるため、シリコ
ーンの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。とくに、柔軟性が必要な場合は、付加
反応型液状シリコーンが使用できる。
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−1885」等がある。
形成される架橋密度によって調整することができる。こ
の場合、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。
0.85以上かつ平均粒子径30〜50μmの球状アル
ミナ粉末80〜95質量%と、平均粒子径が50〜10
0μmの窒化アルミニウム粉末5〜20質量%との混合
粉末である。
粉末の火炎溶射法、バイヤー法、アンモニウムミョウバ
ン熱分解法、有機アルミニウム加水分解法、アルミニウ
ム水中放電法、凍結乾燥法等、いずれの方法で製造され
たものであってもよいが、粒子径分布の制御及び粒子形
状制御の点から水酸化アルミニウム粉末の火炎溶射法が
好適である。
体、多結晶体の何れでもよいが、高熱伝導性の点から結
晶相はα相望ましく、また比重は3.7以上が望まし
い。比重が3.7未満であると、粒子内部に存在する空
孔と低結晶相の存在割合が多くなるため、熱伝導率を
2.5W/m・K以上に高めることが困難となる。球状
アルミナ粉末の粒度調整は、球状アルミナ粉末の分級・
混合操作によって行うことができる。
上で、平均粒子径が30〜50μmであることが必要で
ある。球形度が0.85未満では流動性が低下してスペ
ーサー内でフィラーが偏析してしまい物性のばらつきが
大きくなる。また、平均粒子径が30μm未満では粒子
同士の接触が少なくなり、粒子間接触抵抗の増大により
熱伝導率が2.5W/m・K以上とならない。平均粒子
径が50μm超であると、荷重0.1MPaにおける圧
縮率が20%以上の高柔軟性にはならない。
が制御されている必要はなく、むしろそのようなものは
コスト高となるので、本発明においては、平均粒子径が
50〜100μmであれば、普通に入手できるものが好
適に使用される。平均粒子径50μm未満では、微粉量
が多くなるため、スペーサーの自己粘着性が低下し、1
00μmをこえると、荷重0.1MPaの圧縮率が20
%以上の高柔軟性が失われる。
との割合は、球状アルミナ粉末80〜95質量%、窒化
アルミニウム粉末5〜20質量%である。窒化アルミニ
ウム粉末が5質量%未満では熱伝導性を充分高めること
ができず、逆に20質量%超であると柔軟性が低下して
しまう。
〜80体積%の範囲とする。50体積%未満では熱伝導
率を2.5W/m・K以上に高めることができず、80
体積%超では、自己粘着性を発現させるシリコーン硬化
物がスペーサー表面に露出する割合が少なくなって、ス
ペーサーの片面又は両面に0.01N/25mm以上の
自己粘着性を発現させることが困難となる。
までも用いることができるが、更に網目状構造の補強材
で補強することにより、より取り扱い性に優れたスペー
サーを供することができる。
ミニウム等の金属製、ポリイミド・pリエチレンテレフ
タレート・ポリエチレン・ポリプロピレン等の耐熱樹脂
製などである。補強材の形状は網目状構造物が好まし
く、平織り、紋織り、からみ織り等のいずれでもよい。
厚みは、スペーサー厚みの50%以下である。補強する
位置は、補強材がスペーサー表面に露出しない位置であ
るが、好ましくは中心部である。
に0.2〜3mmが一般的である。また、スペーサーの
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、六角形などの多角
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
凸をつけてもかまわない。
・加硫工程を経て製造される。混合には、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行わ
れる。成形方法は特に制限されるものではないが、ドク
ターブレード法や粘度によっては押出し法あるいはプレ
ス法・カレンダーロール法を用いることが好ましい。加
硫温度は50〜200℃が望ましい。50℃未満では加
硫が不十分であり、200℃をこえるとスペーサーの一
部が劣化する。加硫は、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われる。
電子顕微鏡(日本電子社製 「JSM−T200型」)
と画像解析装置(日本アビオニクス社製)を用い、次の
ようにして測定することができる。
影面積と(A)と周囲長(PM)を測定する。周囲長
(PM)に対応する真円の面積を(B)とすると、その
粒子の球形度はA/Bとして表示できる。そこで試料粒
子の周囲長(PM)と同一の周囲長を持つ真円を想定す
るとPM=2πr、B=πr2であるから、B=π×
(PM/2π)2となり、個々の粒子の球形度は、球形
度=A/B=A×4π/(PM)2 として算出され
る。これを任意に選ばれた200個以上の粒子について
測定し、その平均値を球形度とする。
素子から発生する熱を系外へ放出し半導体素子が好適に
作動する場合に必要となる特性である。柔軟性を表す指
標である圧縮率は、半導体素子に放熱フィン等の放熱部
材を取り付ける際に、半導体素子にかかる荷重を低減す
るのに必要となる特性である。また、0.01N/25
mm以上の自己粘着性は、スペーサーの位置決めや仮止
め、固定する際に必要となる特性である。
発明を説明する。
金属社製商品名「BW33」)を純水に入れ、粉末濃度
45%のスラリーを調整した。これを二流体ノズル(ア
トマックス社製「型番BNH160S−IS」)の中心
から、燃焼炉の火炎中に15kg/hの割合で噴射し
た。噴射には、ゲージ圧0.25MPa、ガス流量約1
0Nm3/hの酸素ガスを使用した。
G:4Nm3/hと酸素ガス:6Nm3/hの混合ガス
を、外炎用としてバーナーの最外周の空隙からLPG:
4Nm3/hと酸素ガス:12Nm3/hの混合ガスを噴
射した。球状アルミナ粉末をサイクロンから回収した。
回収された球状アルミナ粉末の球形度は0.90、平均
粒子径は39μmであった。また、この粉末を風力分級
機(日本ニューマチック工業社製)を用いて、平均粒子
径22μm、45μm、57μmに分級した。
品名「SE1886」)と、上記で製造された球状アル
ミナ粉末、市販アルミナ粉末(住友化学工業社製商品名
「スミコランダム AA−10」、球形度0.88 平
均粒子径10.3μm)、市販の窒化アルミニウム粉末
(ART社製商品名「A−500」)を風力分級機で平
均粒子径80μm、180μmに調整し、表1に示す割
合で混合して樹脂組成物を製造した。
クターブレード法にて厚さ1mmのシートに成形し、1
40℃の乾燥機中に10時間静置して加硫・硬化させ、
スペーサーを作製し、以下に従う物性を測定した。それ
らの結果を表1に示す。
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。
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0.1MPa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。
×100mmの形状に切断後、市販のPETフィルムに
張付け、19.6Nの力で押さえた。万能引張り試験機
(島津製作所社製「オートグラフ」)により、PETフ
ィルムを180°方向に引張り速度10mm/minで
引張り、180°剥離強度を測定した。 「○」:粘着力0.01N/25mm以上 「×」:粘着力0.01N/25mm未満
商品名「LS−230」)を用いて測定した。 (5)球形度 上記した。
柔軟性及び自己粘着性を有するスペーサーが提供され
る。
Claims (2)
- 【請求項1】 球形度が0.85以上かつ平均粒子径が
30〜50μmの球状アルミナ粉末80〜95質量%
と、平均粒子径50〜150μmの窒化アルミニウム粉
末5〜20質量%を含む混合粉末が50〜80体積%充
填されてなるシリコーン硬化物から構成されてなること
を特徴とする、熱伝導率2.5W/m・K以上、0.1
MPaにおける圧縮率が20%以上、片面又は両面に
0.01N/25mm以上の自己粘着性を有する放熱ス
ペーサー。 - 【請求項2】 網目状構造の補強材で補強されてなるこ
とを特徴とする請求項1記載の放熱スペーサー。
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