JP2003100969A - 放熱部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】放熱部材自身の熱抵抗が小さく、しかも発熱性
電子部品と放熱フィンとの間に容易に密着し、薄化容易
な相変化型放熱部材を提供する。 【解決手段】平均粒子径２０〜３５μｍの窒化アルミニ
ウム粉末、平均粒子径０．１〜２μｍの窒化アルミニウ
ム粉末及び平均粒子径０．１〜２μｍのアルミナ粉末を
座標軸とする三成分組成図において、点Ａ（６５、３
５、０）、Ｂ（５５、０、４５）、Ｃ（４５、０、５
５）、Ｄ（３５、６５、０）を結ぶ線で囲まれた線分を
含む範囲内にある熱伝導性粉末（フィラー）が、加温に
より相変化する有機物に充填された成形物からなること
を特徴とする放熱部材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピューター、
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部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、発熱性電子部品は高密度化によ
り、放熱部材の低熱抵抗化の要求が益々高まっている。
また、情報処理機器は携帯用使用の薄型サイズのものが
好まれるようになった。これらのことから、情報処理機
器に用いられる放熱部材には低熱抵抗性のものが要求さ
れている。

【０００３】従来、放熱部材としては、高熱伝導性フィ
ラーを含有する放熱グリースや、シリコーンゴムなどの
柔軟なマトリックスと高熱伝導性フィラーからなる柔軟
性放熱部材（放熱スペーサーともいわれている）などが
ある。

【０００４】しかしながら、放熱グリースは、塗布工程
での作業性の悪さ、周囲部位の汚れなどの問題から敬遠
される傾向にある。柔軟性放熱部材は使用時の厚みが比
較的厚くなるため、発熱性電子部品と放熱フィンの間に
装着した場合、放熱部材自身の熱抵抗が低くとも、実装し
た場合の熱抵抗を著しく低下させることは困難であっ
た。

【０００５】すなわち、情報処理機器の放熱を効率よく
行うには、放熱部材自身の熱抵抗を下げること、放熱部
材と発熱性電子部品及び放熱フィンとの密着性を高めて
隙間発生による熱抵抗の増大を和らげること、放熱部材
の厚みが装着された状態で薄化されること（すなわち相
変化型放熱部材であること）が理想的である。

【０００６】相変化型放熱部材は、高温により軟化する
有機物からなるマトリックスと、金属粉末や無機セラミ
ックス粉末などの熱伝導性粉末（以下、フィラーとい
う）とから構成されている。放熱部材を低熱抵抗性とす
るには、フィラーをできるだけ最密充填させる必要があ
り、そのためには粒子径の異なる特定材質のフィラーを
組み合わせ使用することが課題解決の糸口となるが、こ
のような観点にたった先行技術は見あたらない。

【０００７】

【本発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上
記に鑑み、放熱部材自身の熱抵抗が小さく、しかも発熱
性電子部品と放熱フィンとの間に容易に密着し、薄化容
易な相変化型放熱部材を提供することである。

【０００８】

【問題を解決するための手段】すなわち、本発明は、平
均粒子径２０〜３５μｍの窒化アルミニウム粉末、平均
粒子径０．１〜２μｍの窒化アルミニウム粉末及び平均
粒子径０．１〜２μｍのアルミナ粉末を座標軸とする三
成分組成図において、点Ａ（６５、３５、０）、Ｂ（５
５、０、４５）、Ｃ（４５、０、５５）、Ｄ（３５、６
５、０）を結ぶ線で囲まれた線分を含む範囲内にある熱
伝導性粉末（フィラー）が、加温により相変化する有機
物に充填された成形物からなることを特徴とする放熱部
材である。この場合において、有機物が、エチレン−酢
酸ビニル共重合体とワックスからなり、ワックスの割合
が５５〜７５体積％であることが好ましく、更にはフィ
ラー１００体積部に対し有機物４０〜１００体積部であ
り、しかもＴＯ−３型形状での熱抵抗が０．０４０℃／
W以下であることが好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、更に詳しく本発明につい
て説明する。

【００１０】フィラーと、加温によって相変化する有機
物からなるマトリックス（以下、単にマトリックスとも
いう）との構成比は、フィラー１００体積部に対してマ
トリックス４０〜１００体積部、特に４７〜６３体積部
であることが好ましい。マトリックスが４０体積部未満
であると、フィラーの流動性低下により、発熱性電子部
品と放熱フィンとの間に容易に密着させることが困難と
なり、放熱部材の組み込まれた情報処理機器の放熱効率
が十分でなくなる。一方、１００体積部を超えると、フ
ィラーが相対的に少なくなるため、放熱部材自身の熱抵
抗を０．０４０℃／Ｗ以下とすることが困難となる。

【００１１】マトリックスは、融点が４０〜１００℃の
有機物で構成されていることが望ましい。融点が１００
℃を超える有機物であると、半導体素子に大きな熱的負
荷がかかり、情報処理機器の誤作動の原因となる。融点
が４０℃未満では、放熱部材の取り付け作業時に軟化す
る恐れがあり、取り扱いが不便になる。

【００１２】融点が４０〜１００℃の有機物を例示すれ
ば、エチレン系樹脂、プロピレン系樹脂、エチレン−α
−オレフィン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体
等の熱可塑性樹脂、パラフィンワックス、マイクロクリ
スタリンワックス、ペトロラクタムワックス等のワック
スである。なかでも、エチレン−酢酸ビニル共重合体は
最も低熱抵抗性であるので好ましく、特に相変化性を高
めるためにワックスと併用されていることが好ましい。
エチレン−酢酸ビニル共重合体の具体例として、三井・
デュポンポリケミカル社製「エバフレックス２１０」が
ある。また、ワックスとしては、日本精鑞社製の「パラ
フィンワックス・シリーズ」、「マイクロクロスタリン
ワックスＨｉ−Ｍｉｃシリーズ」等がある。

【００１３】マトリックスが、エチレン−酢酸ビニル共
重合体とワックスの混合物から構成されている場合、ワ
ックスの構成割合は５５〜７５体積％であることが望ま
しい。ワックスの割合が５５体積％未満では、加温によ
る相変化の程度が小さくなるため、放熱部材の組み込ま
れた情報処理機器の放熱特性が乏しくなり、また７５体
積％超であると放熱部材の製造が容易でなくなる。

【００１４】本発明で使用されるフィラーは、アルミ
ナ、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化
ケイ素等である。これらの中でも、フィラー１００体積
部に対し有機物４０〜１００体積部を混合し、ＴＯ−３
型形状の放熱部材を製造したときに、その熱抵抗が０．
０４０℃／W以下となるものが好ましく、これを満たさ
せるには、窒化アルミニウム粉末、又は窒化アルミニウ
ム粉末とアルミナ粉末との混合粉末が必須成分として含
まれていなければならない。

【００１５】すなわち、本発明で使用されるフイラー
は、平均粒子径２０〜３５μｍの窒化アルミニウム粉末
（以下、粗粉窒化アルミニウム粉末という）と平均粒子
径０．１〜２μｍの窒化アルミニウム粉末（以下、微粉
窒化アルミニウム粉末という）からなる混合粉末である
か、又はこれに更に平均粒子径０．１〜２μｍのアルミ
ナ粉末（以下、微粉アルミナという）が混合された混合
粉末であって、それらを座標軸とする三成分組成図（図
１参照）において、点Ａ（６５、３５、０）、Ｂ（５
５、０、４５）、Ｃ（４５、０、５５）、Ｄ（３５、６
５、０）を結ぶ線で囲まれた線分を含む範囲内のもので
ある。このフィラーの使用によって、放熱部材が、高絶
縁性かつ高低熱抵抗性（０．０４０℃／Ｗ）を維持し、
しかも６０℃程度に加温されたときに、発熱性電子部品
と放熱フィンとの間に容易に密着し、薄化が容易とな
る。

【００１６】本発明で使用されるフィラーにおいて、平
均粒子径の組み合わせが上記以外であるか、又は平均粒
子径の組み合わせが適切であっても粉末種が上記以外で
あると、放熱部材の熱伝導性が従来レベルを超えても情
報処理機器の放熱効率を著しく向上させることはできな
い。なお、フィラーの微粉アルミナ成分は耐湿材料とし
て機能する。

【００１７】放熱部材の厚みは、０．１５〜６ｍｍ、特
に０．１５〜０．５ｍｍが一般的である。放熱部材の平
面形状は、発熱性電子部品や放熱フィンと密着できる形
状ないしは発熱性電子部品を埋没できる形状であれば制
限はない。

【００１８】本発明の放熱部材は、原料の混合・成形を
経て製造される。混合には、スリーワンモーター等を用
い、加温下で行われる。成形方法は、ロールブレードに
よる引出し法が望ましく、引き出しには離型処理の施さ
れたフィルムを用いることが好ましい。そのフィルムの
一例として、シリコーンを塗布したポリエチレンテレフ
タレートフィルムがある。

【００１９】

【実施例】以下、実施例をあげて更に具体的に本発明を
説明する。

【００２０】実施例１〜７ エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂（三井・デュポンポ
リケミカル社製商品名「エバフレックス２１０」）と、
ワックス（日本精鑞社製商品名「ＷＡＸ１１５」）とを
表１に示す割合で、１３０℃の加温下で混合し、マトリ
ックス原料を調製した。

【００２１】一方、窒化アルミニウム焼結体を粉砕して
得た平均粒子径３０μｍの粗粉窒化アルミニウム粉末、
平均粒子径１．６μｍの微粉窒化アルミニウム粉末（ト
クヤマ社製商品名「Ｈグレード」）、平均粒子径０．５
μｍの微粉アルミナ（住友化学社製商品名「ＡＡ０
５」）を表１に示す体積百分率で混合し、フィラーを調
製した。

【００２２】フィラーとマトリックス原料を表１に示す
割合で、１３０℃の加温下で混合し、引出し法にて厚さ
０．２５ｍｍのシート状放熱部材を製造した。

【００２３】比較例１〜６ フィラーとマトリックスを表２に示す割合としたこと以
外は、実施例に準じて厚さ０．２５ｍｍのシート状放熱
部材を製造した。

【００２４】比較例７ 粗粉窒化アルミニウム粉末の代わりに、窒化アルミニウ
ム焼結体を粉砕して得た平均粒子径６０μｍの窒化アル
ミニウム粉末を用いたこと以外は、実施例２と同様にし
てシート状放熱部材を製造した。

【００２５】比較例８ 微粉窒化アルミニウム粉末の代わりに、平均粒子径１２
μｍのアルミナ粉末（昭和電工社製商品名「ＡＳ−４
０」）を用いたこと以外は、実施例２と同様にしてシー
ト状放熱部材を製造した。

【００２６】上記で得られた放熱部材の熱抵抗、密着
性、相変化性、耐湿性を以下に従って測定した。それら
の結果を実施例１〜７については表１、比較例１〜６に
ついては表２、比較例７及び８については表３に示す。

【００２７】（１）熱抵抗 放熱部材をＴＯ−３型銅製ヒーターケースと銅板の間に
０．０３５Ｎ・ｍの力がかかるようにネジ止めした後、
ヒーターケースと銅板が６０℃になるまで加熱後室温ま
で冷却する。ついで、ヒーターケースに電力１５Ｗをか
けて４分間保持したときに、銅製ヒーターケースと銅板
の温度差を測定し、式、熱抵抗(℃／Ｗ)＝温度差（℃）
／印加電力（Ｗ）、により算出した。

【００２８】（２）密着性 放熱部材を１５×１５ｍｍの大きさに打ち抜き、断面積
１０×１０ｍｍの銅製ヒーターに挟んだ後、１．５ｋｇ
の荷重をかけ、６０℃で２０分間加温した。その後、銅
製ヒーターからの放熱部材の剥がれ易さを調べた。 「○」：放熱部材が密着し、容易に剥がせない。 「×」：放熱部材が密着せず、容易に剥がせる。

【００２９】（３）相変化性 放熱部材を１５×１５ｍｍに打ち抜き、離形処理したポ
リエチレンテレフタレートフィルムに挟んだ後、６０℃
の加温下で１．５ｋｇの荷重をかけ、２０分間放置し
た。放置後、放熱部材の厚みを測定し、式、相変化性
（％）＝｛１−放置後の厚さ（ｍｍ）／元の厚さ（ｍ
ｍ）｝×１００、により算出した。

【００３０】（４）耐湿性 放熱部材を温度８０℃、相対湿度９５％の雰囲気下に１
０００時間放置した後、放熱部材の熱抵抗を上記に従っ
て測定し、式、耐湿性＝放置後の熱抵抗（℃／W）−放
置前の熱抵抗（℃／W）、にて算出した。この値が低い
ほど耐湿性が優れている。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】

【表３】

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、放熱部材自身の熱抵抗
が小さく、しかも発熱性電子部品と放熱フィンとの間に
容易に密着し、薄化容易な相変化型放熱部材を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】三成分組成図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平均粒子径２０〜３５μｍの窒化アルミ
   ニウム粉末、平均粒子径０．１〜２μｍの窒化アルミニ
   ウム粉末及び平均粒子径０．１〜２μｍのアルミナ粉末
   を座標軸とする三成分組成図において、点Ａ（６５、３
   ５、０）、Ｂ（５５、０、４５）、Ｃ（４５、０、５
   ５）、Ｄ（３５、６５、０）を結ぶ線で囲まれた線分を
   含む範囲内にある熱伝導性粉末が、加温により相変化す
   る有機物に充填された成形物からなることを特徴とする
   放熱部材。
2. 【請求項２】 有機物が、エチレン−酢酸ビニル共重合
   体とワックスからなり、ワックスの割合が５５〜７５体
   積％であることを特徴とする請求項１記載の放熱部材。
3. 【請求項３】 熱伝導性粉末１００体積部に対し有機物
   ４０〜１００体積部であり、ＴＯ−３型形状での熱抵抗
   が０．０４０℃／W以下であることを特徴とする請求項
   １又は２記載の放熱部材。