JP2004023066A - 金属−グラファイトシート複合体および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】グラファイトシートの特性である良好な導電性と熱伝導性を基本にしながら、その使いやすさとしての電気を伝えながら放熱することが確実かつ容易に行うことが出来る金属−グラファイトシート複合体および電子機器を提供すること。
【解決手段】発熱体５０に熱的に接続して発熱体５０の発生する熱を伝導するための金属−グラファイトシート複合体６０であり、発熱体５０に対して熱的に接続されるグラファイトシート７０と、グラファイトシート７０の少なくとも一方の面に配置された金属箔７１と、グラファイトシート７０と金属箔７１からなる積層体の少なくともグラファイトシート７０をラミネートしている電気絶縁性のラミネート材７３と、グラファイトシート７０を通じて伝導されてくる発熱体５０の熱やノイズを放出するための熱放出対象部分６１に対して、金属箔７１を熱的に接続する熱的接続部７４を備える。
【選択図】 図４
【解決手段】発熱体５０に熱的に接続して発熱体５０の発生する熱を伝導するための金属−グラファイトシート複合体６０であり、発熱体５０に対して熱的に接続されるグラファイトシート７０と、グラファイトシート７０の少なくとも一方の面に配置された金属箔７１と、グラファイトシート７０と金属箔７１からなる積層体の少なくともグラファイトシート７０をラミネートしている電気絶縁性のラミネート材７３と、グラファイトシート７０を通じて伝導されてくる発熱体５０の熱やノイズを放出するための熱放出対象部分６１に対して、金属箔７１を熱的に接続する熱的接続部７４を備える。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱体に熱的に接続して発熱体の発生する熱を伝導するための金属−グラファイトシート複合体および金属−グラファイトシート複合体を有する電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、熱伝導性の材料としては銅やアルミニウム等の金属材料が使われている。これらの材料は、通常の使用においては十分な機能を持ち広く使われている。しかしながら、金属材料はフレキシブルでなく、局所的に大きな熱の発生が避けられず、その放熱は電流供給リード線では到底まかなうことができないため、放熱の機構を電流供給の機構とは別途に組み込む必要があり、電子素子の作成および使用に当たっての大きな妨げになっている。
具体的には、例えば半導体レーザチップの活性層に近い面をシリコンあるいは酸化ベリリウム、炭化シリコン、ダイヤモンドといった熱伝導性の比較的よい結晶性物質の小片に接着させ（この構造はいわゆるサブマウントと呼ばれる。）、放熱をよくしようということが行われている。
【０００３】
さらに、半導体レーザチップにおいて高出力動作が必要な場合には、効率よく冷却するためにペルチエ素子の冷却側に、半導体レーザチップの活性層側を張り付けることなども実際に行われている。
炭素質材料は、軽量耐熱材料としてあるいは高強度材料として、各種の構造材料として使われている。このような炭素材料の中で炭素原子が６角形の網の目状に結合したグラファイトは、その高い熱伝導性を利用した放熱・電熱材料としての用途が広がろうとしている。
【０００４】
特にシート状のグラファイトは、大きな面積のものを容易に作ることができるとともに、極めて高い熱伝導率を持ち、柔軟性に富んでいるため、熱伝達用の材料としてヒートコンダクターやヒートスプレッダーを必要とするところに用いられている。
このグラファイトシートは、比較的高い電気伝導率を持つため、電磁波ノイズのシールド材にもなりうる。ところが、電磁波ノイズ源にもなるチップから放熱のためにグラファイトシートを貼った場合、熱伝達材のみならずノイズ伝播材になる可能性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このため、金属材をシールド材として用いた場合には、配線をはんだ付けしてグランド（ＧＮＤ）に接続する。一方、グラファイトシートは、柔軟性を有しかつ熱伝導率は大きいが、その表面が非常に反応性に乏しいことから、一般的にははんだ付け等の操作は困難でもある。またグラファイトシートをねじ止めしようとしても、シートそのものの強度が弱いため、シートが破損しやすい。
以上のような点が、優れた熱伝導と導電性を持つというグラファイトシートのメリットを実際に利用する上で大きな課題となっていた。
【０００６】
これまで、たとえば、特開平１０−３３０１７７号公報には、グラファイトシートに金属薄膜を積層した構造が説明されている。しかし、金属薄膜は、真空蒸着、スパッタ蒸着、またはメッキによりグラファイトシート上に直接付着されているため、かなり薄い膜であり、ねじ止めなどには強度が低い。
また、特開平８−２６７６４７号公報には、レーザー加工により、グラファイトシートに穴を開けて１つの支持部材とを固着積層してなるグラファイトクラッド構造材が提案されている。ただし、この手法ではグラファイトシートの強度を上げることができるものの、プロセス上手間がかかるという難点があった。
そこで本発明は上記課題を解消し、グラファイトシートの特性である良好な導電性と熱伝導性を基本にしながら、その使いやすさとしての電気を伝えながら放熱することが確実かつ容易に行うことが出来る金属−グラファイトシート複合体および電子機器を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、発熱体に熱的に接続して前記発熱体の発生する熱を伝導するための金属−グラファイトシート複合体であり、前記発熱体に対して熱的に接続されるグラファイトシートと、前記グラファイトシートの少なくとも一方の面に配置された金属箔と、前記グラファイトシートと前記金属箔からなる積層体の少なくとも前記グラファイトシートをラミネートしている電気絶縁性のラミネート材と、前記グラファイトシートを通じて伝導されてくる前記発熱体の熱を放出するための熱放出対象部分に対して、前記金属箔を熱的に接続する熱的接続部と、を備えることを特徴とする金属−グラファイトシート複合体である。
【０００８】
請求項１では、グラファイトシートは、発熱体に対して熱的に接続される。金属箔は、グラファイトシートの少なくとも一方の面に配置される。
ラミネート材は、グラファイトシートと金属箔からなる積層体の少なくともグラファイトシートをラミネートしている高分子シートである。
熱的接続部は、グラファイトシートを通じて伝導されてくる発熱体の熱を放出するための熱放出対象部分に対して金属箔を熱的に接続する部分である。
これにより、発熱体の発生する熱は、グラファイトシートおよび金属箔を通じて熱的接続部に伝えられる。熱的接続部は、この伝えられた発熱体の熱を熱放出対象部分に対して放出することができる。
これにより、発熱体の発生する熱は、グラファイトシートの特性である良好な熱伝導性を利用して、金属箔に伝えることができ、金属箔に伝えられた熱は熱的接続部を通じて熱放出対象部分に対して放出することができ、発熱体の熱を簡単かつ確実に放出することができる。
グラファイトシートと金属箔からなる積層体の少なくともグラファイトシートが、ラミネート材によりラミネートされているので、グラファイトシートの表面から生じる粉状物が飛散するのを確実に防ぐことができる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の金属−グラファイトシート複合体において、前記金属箔の一部分は、前記ラミネート材から外部に露出している。
【００１０】
請求項２では、金属箔の一部分がラミネート材から外部に露出しているので、直接、金属箔に配線等をはんだ付けすることが可能となる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１に記載の金属−グラファイトシート複合体において、前記金属箔は、前記グラファイトシートの面に対して導電性の接着剤により接着されている。
【００１２】
請求項３では、金属箔は導電性の接着剤によりグラファイトシートの面に対して接着することができるので、金属箔とグラファイトシートは電気的に良好に接続され、かつ金属箔のグラファイトシートに対する配置が簡単に行える。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１に記載の金属−グラファイトシート複合体において、前記金属箔は、前記グラファイトシートの面側に熱的に接続される突起を有している。
【００１４】
請求項４では、金属箔の突起は、グラファイトシートの面側に熱的に接続されているので、金属箔とグラファイトシート間の熱の伝導をより広い面積で確実に行うことができる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１に記載の金属−グラファイトシート複合体において、前記熱的接続部は、前記金属箔の第１穴と、前記グラファイトシートの第２穴と、前記ラミネート材の第３穴を通って、前記熱放出対象部分に対して熱的に接続されている。
【００１６】
請求項５では、熱的接続部は、金属箔の第１穴とグラファイトシートの第２穴およびラミネート材の第３穴を通じて熱放出対象部分に対して熱的に接続されている。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項５に記載の金属−グラファイトシート複合体において、前記熱放出対象部分は、回路基板のグランドである。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項５に記載の金属−グラファイトシート複合体において、前記熱的接続部は、金属製のねじであり、前記ねじは前記金属箔に圧着される頭部と、前記頭部と一体に形成されていて前記第１穴、第２穴、そして前記第３穴を通って前記熱放出対象部分にねじ込まれるおねじとを有する。
【００１９】
請求項７では、熱的接続部は金属製のねじである。このねじの頭部は金属箔に圧着される。この頭部と一体になっているおねじは、第１穴と第２穴および第３穴を通って熱放出対象部分にねじ込まれるので、グラファイトシートと金属箔は確実に固定できる。
【００２０】
請求項８の発明は、発熱体に熱的に接続して前記発熱体の発生する熱を伝導するための金属−グラファイトシート複合体を有する電子機器であり、前記金属−グラファイトシート複合体は、前記発熱体に対して熱的に接続されるグラファイトシートと、前記グラファイトシートの少なくとも一方の面に配置された金属箔と、前記グラファイトシートと前記金属箔からなる積層体の少なくとも前記グラファイトシートをラミネートしている電気絶縁性のラミネート材と、前記グラファイトシートを通じて伝導されてくる前記発熱体の熱を放出するための熱放出対象部分に対して、前記金属箔を熱的に接続する熱的接続部と、を備えることを特徴とする電子機器である。
【００２１】
請求項８では、グラファイトシートは、発熱体に対して熱的に接続される。金属箔は、グラファイトシートの少なくとも一方の面に配置される。
ラミネート材は、グラファイトシートと金属箔からなる積層体の少なくともグラファイトシートを断面としている高分子シートである。
熱的接続部は、グラファイトシートを通じて伝導されてくる発熱体の熱を放出するための熱放出対象部分に対して金属箔を熱的に接続する部分である。
これにより、発熱体の発生する熱は、グラファイトシートおよび金属箔を通じて熱的接続部に伝えられる。熱的接続部は、この伝えられた発熱体の熱を熱放出対象部分に対して放出することができる。
これにより、発熱体の発生する熱は、グラファイトシートの特性である良好な熱伝導性を利用して、金属箔に伝えることができ、金属箔に伝えられた熱は熱的接続部を通じて熱放出対象部分に対して放出することができ、発熱体の熱を簡単かつ確実に放出することができる。
グラファイトシートと金属箔からなる積層体の少なくともグラファイトシートが、ラミネート材によりラミネートされているので、グラファイトシートの表面から生じる粉状物が飛散するのを確実に防ぐことができる。
【００２２】
請求項９の発明は、請求項８に記載の電子機器において、前記金属箔の一部分は、前記ラミネート材から外部に露出している。
【００２３】
請求項９では、金属箔の一部分がラミネート材から外部に露出しているので、複合材のその位置にねじ止め等を行うことにより、ねじの頭部と金属箔が電気的に良好に接続されることになる。また、この構造はグラファイトシートに金属箔を貼り付けるときに、グラファイトシートに対する位置決めが簡単に行える。
【００２４】
請求項１０の発明は、請求項８に記載の電子機器において、前記金属箔は、前記グラファイトシートの面に対して導電性の接着テープにより接着されている。
【００２５】
請求項１０では、金属箔は導電性の接着剤によりグラファイトシートの面に対して接着することができるので、金属箔のグラファイトシートに対する配置が簡単に行える。
【００２６】
請求項１１の発明は、請求項８に記載の電子機器において、前記金属箔は、前記グラファイトシートの面側に熱的に接続される突起を有している。
【００２７】
請求項１１では、金属箔の突起は、グラファイトシートの面側に熱的に接続されているので、金属箔とグラファイトシート間の熱の伝導をより広い面積で確実に行うことができる。
【００２８】
請求項１２の発明は、請求項８に記載の電子機器において、前記熱的接続部は、前記金属箔の第１穴と、前記グラファイトシートの第２穴と、前記ラミネート材の第３穴を通って、前記熱放出対象部分に対して熱的に接続されている。
【００２９】
請求項１２では、熱的接続部は、金属箔の第１穴とグラファイトシートの第２穴およびラミネート材の第３穴を通じて熱放出対象部分に対して熱的に接続されている。
【００３０】
請求項１３の発明は、請求項１２に記載の電子機器において、前記熱放出対象部分は、回路基板のグランドである。
【００３１】
請求項１４の発明は、請求項１２に記載の電子機器において、前記熱的接続部は、金属製のねじであり、前記ねじは前記金属箔に圧着される頭部と、前記頭部と一体に形成されていて前記第１穴、第２穴、そして前記第３穴を通って前記熱放出対象部分にねじ込まれるおねじとを有する。
【００３２】
請求項１４では、熱的接続部は金属製のねじである。このねじの頭部は金属箔に圧着される。この頭部と一体になっているおねじは、第１穴と第２穴および第３穴を通って熱放出対象部分にねじ込まれるので、グラファイトシートと金属箔は確実に固定できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００３４】
図１は本発明の金属−グラファイトシート複合体を有する電子機器の好ましい実施の形態を示している。
図１に示す電子機器１０は、一例としていわゆる携帯情報端末（ＰＤＡ）である。この電子機器１０は、筐体１２と表示装置１４を有している。
図２は、図１の電子機器１０をさらに詳しく示している。
図１の電子機器１０は、筐体１２、表示装置１４、入力装置２０、およびパワーキー２２、音声のボリューム調整部２４、外部のイヤーホンをつなぐためのジャック２７、他の機能を発揮させるためのキー２６，２８を有している。
【００３５】
図１の入力装置２０は、操作者（使用者）の部位、たとえば手Ｈの指Ｆにより操作することでポインタＰの座標データを与えるためのものである。指Ｆは図１の例では人差指を用いているが、これに限らず他の指であっても勿論構わない。図２では、図１の表示画面３０に表示した情報４０の一例を表示している。図１と図２に示すように表示画面３０にはポインタＰを表示している。このポインタＰは矢印形のポインタである。
【００３６】
図２に示すように表示装置１４の表示画面３０には、ポインタＰの他に、情報４０や、各種機能を実施するためのキー４４，４６，４８等が表示されている。キー４２はキーボードを表示画面３０に表示させるためのキーである。キー４４は情報の検索に用いるキーである。キー４６はメニューを表示画面３０に表示するためのキーである。キー４８はたとえば表示を英語表示か日本語表示に切り換えることができるキーである。これらのキー４２，４４，４６，４８の操作は指Ｆでタッチすることで行える。
【００３７】
図２の筐体１２は、第１部分１２Ａと第２部分１２Ｂを有している。第１部分１２Ａは上筐体部分とも呼び、第２部分１２Ｂは下筐体部分とも呼ぶ。第１部分１２Ａと第２部分１２Ｂは重ねることにより、その中に空間を形成している。この空間には表示装置１４や回路基板等が収容されている。
筐体１２は、たとえばプラスチックであるＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＣ＋ＡＢＳ（ポリカーボネート＋アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、変性ＰＰＥ（ポリフェチレンエーテル）等により作られている。
【００３８】
図１に示すように、筐体１２の中には、回路基板２００が収容されている。この回路基板２００は、たとえば表示装置１４を駆動するための表示装置駆動回路や、入力装置２０の機能を達成するための回路等を搭載している。
図３は、図１に示す回路基板２００の一部分を示しており、この回路基板２００には、発熱体である発熱素子の一例として、表示装置１４の駆動を制御するためのＣＰＵ（中央処理装置）５０が搭載されている。このＣＰＵ５０の作動時に発生する熱は、金属−グラファイトシート複合体６０により、外部に放出できる構造になっている。
回路基板２００の上にはグランド（ＧＮＤ）６１が形成されている。このグランド６１は、回路基板２００の上に形成された導体パターンの一例である。このグランド６１と金属−グラファイトシート複合体６０は、放熱装置（冷却装置ともいう）６２を構成している。
【００３９】
金属−グラファイトシート複合体６０について、図３と図４を参照しながら説明する。
金属−グラファイトシート複合体６０は、グラファイトシート７０と、金属箔７１と、ラミネート材７３と、そして熱的接続部７４を有している。
グラファイトシート７０は、図５に示すようなカーボンが層状構造を取ったものであり、シートの面内の熱伝導率がたとえば４００から１０００Ｗ／ｍＫであり銅やアルミニウムなどの金属の熱伝導率より高く、かつ密度が１ｇ／ｃｍ３程度と軽い材料である。同時にグラファイトシート７０は高い電気伝導性をもつ材料である。このグラファイトシート７０をヒートコンダクタとして用いることにより、効率良く熱を伝達させることが可能である。
【００４０】
このグラファイトシート７０は、主として炭素原子同士の結合面の方向、すなわち図５に示す面内方向（ａ−ｂ方向）に両方に放熱し得るような構成を有しており、このグラファイトシート７０は、図４における矢印Ｒ方向に沿って熱を伝えやすい。
図４のグラファイトシート７０の一端部７０Ａは、発熱素子であるＣＰＵ５０の面５０Ａに対して、たとえば熱伝達部材５５を介して熱的に接続もしくは接着されている。この熱伝達部材５５はたとえば、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミ、窒化珪素等の熱伝導性フィラーを含有する放熱シートや熱伝導性テープ、またはフェーズチェンジ材等を用いることができる。
【００４１】
グラファイトシート７０の他端部７０Ｂは、回路基板２００のグランド６１側に位置している。このグランド６１は、熱放出対象部分に相当している。このグランド６１を通じて、ＣＰＵ５０の発生する熱は図１の電子機器１０の筐体１２あるいは筐体１２の外部に熱を放出することができる。グラファイトシート７０は、良好な電気伝導性と熱伝導性を有している。
【００４２】
図３と図４に示す金属箔７１は、良好な電気伝導性および熱伝導性を有する金属、たとえば銅やアルミニウム等の一般的な金属を用いることができる。金属箔７１がこのような一般的な金属を用いることにより、金属製の熱的接続部７４に対するはんだ付け等の作業が可能になる。
金属箔７１は、グラファイトシート７０の一方の面８０に配置されている。この金属箔７１は、グラファイトシート７０の一方の面８０に対して導電性の接着剤により接着して固定することができる。
【００４３】
金属箔７１は、好ましくは複数個の突起８１を有している。この突起８１は、図４のＸ方向、およびＸ方向とは垂直でかつ紙面に垂直なＹ方向に沿って、たとえばマトリックス状に配列されている。突起８１の図４における断面形状はほぼ長方形状もしくは正方形状である。
このような突起８１を複数個金属箔７１に形成することにより、金属箔７１がグラファイトシート７０に対して接着される際に、その接着面積および熱伝導するための面積を、突起８１が無い場合に比べて大幅に拡大することができるのである。これによって、金属箔７１とグラファイトシート７０の熱伝導性（熱伝達性）を向上することができる。
【００４４】
この金属箔７１はグラファイトシート７０の一方の面８０、特にグラファイトシート７０の他端部７０Ｂの一方の面８０に形成されている。
しかしこれに限らず、金属箔７１はグラファイトシート７０の一端部７０Ａと他端部７０Ｂの一方の面８０に対してその一部又は全面にわたって形成しても良い。また金属箔７１は、グラファイトシート７０の一方の面８０および他方の面８１に対してそれぞれ配置することも勿論可能である。
【００４５】
図４のラミネート材７３は、グラファイトシート７０と金属箔７１の積層体を、ラミネートしている高分子シートである。
このラミネート材７３は、金属箔７１とグラファイトシート７０の積層体を完全にラミネートして閉じた構造になっている。グラファイトシート７０のほぼ全面にわたって閉じるようにラミネート材７３がグラファイトシート７０と金属箔７１をラミネートしている。
【００４６】
これにより、金属−グラファイトシート複合体６０の強度を保つことができるばかりでなく、グラファイトシート７０から生じるいわゆる粉落ち（グラファイトの粉状体の落下）を防ぐことができるという大きなメリットがある。
しかもこのラミネート材７３は、グラファイトシート７０および金属箔７１に対する外部からの電気的な絶縁を確保することができる。そしてこのラミネート材７３はグラファイトシート７０と金属箔７１をラミネートして囲んでいることから、グラファイトシート７０および金属箔７１により伝えている熱が、図１に示す筐体１２内の熱に弱い部位、たとえば熱に弱い他の電子素子に対して逃げないようにして熱的ダメージを与えないというメリットもある。
このラミネート材７３は、高分子シートであり、この高分子としてはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やポリ塩化ビニール、ポリイミド等や、シリコン等により作ることができるが、これに限るものではない。
【００４７】
図４の上述したようにグラファイトシート７０と金属箔７１は、導電性を有する接着剤、たとえば導電性を有する両面テープまたは銀、金、銅等の導電性フィラーが含有された接着剤を用いて接着して固定している。これにより、グラファイトシート７０と金属箔７１の間の熱的および電気的な抵抗を小さく抑えて、グラファイトシート７０と金属箔７１とは良好な状態で熱的にかつ機械的に接着することができる。
【００４８】
図３と図４に示す熱的接続部７４は、たとえば棒状体であり熱伝導性を有する金属、たとえば銅やアルミニウム等により作られている。この熱的接続部７４は、金属箔７１とグラファイトシート７０およびグランド６１を熱的に接続している。この熱的接続部７４は、金属箔７１の第１穴７１Ｈ、グラファイトシート７０の第２穴７０Ｈ、およびラミネート材７３の第３穴７３Ｈを通って、熱放出対象部分であるグランド６１の穴６１Ｈと回路基板２００の穴２００Ｈに対してはめ込まれている。これにより、金属箔７１、グラファイトシート７０およびグランド６１は熱的接続部７４により熱的に接続することができる。
金属箔７１の材質は上述したような銅やアルミニウム等を採用することができるが、この厚みは、目的や用途によって決められるものであって特に制限されるものではない。一例としては金属箔７１の厚さは３０μｍから１００μｍである。
【００４９】
次に、図３と図４に示す金属−グラファイトシート複合体６０の作用について説明する。
回路基板２００が作動されて、ＣＰＵ５０が動作すると、ＣＰＵ５０は熱を発生する。ＣＰＵ５０の熱は、熱伝達部材５５を介してグラファイトシート７０の一端部７０Ａに伝わる。グラファイトシート７０はこのＣＰＵ５０の熱を一端部７０ＡからＲ方向に沿って他端部７０Ｂ側に伝える。この熱は、金属箔７１に突起８１等を介して伝導されるとともに、熱的接続部７４を通じてグランド６１側に伝えられる。この伝わってくる熱は、グランド６１を通じてたとえば図１の筐体１２の中の金属部分やあるいは筐体１２の外部に放出されることになる。
【００５０】
次に、図６は、本発明の金属−グラファイトシート複合体６０の別の実施の形態を示している。
図６の金属−グラファイトシート複合体６０が、図４の金属−グラファイトシート複合体６０と異なるのは、金属箔７１の形状である。この金属箔７１は、突起１８１を有している。この突起１８１の断面形状は、たとえば三角形状である。
そして、ラミネート部材７３の一部分には、開口部７３Ｐが形成されている。このように金属箔７１の一部分が開口部７３Ｐにより金属−グラファイトシート複合体６０の外部に開放されていることにより、複合材を基板やＧＮＤ等にねじ止めなどで接続でき、また、ねじの頭部と開口部７３Ｐが直接接触するため、導電性がよい。
【００５１】
次に、図７は、本発明の金属−グラファイトシート複合体６０のさらに別の実施の形態を示している。図７の金属−グラファイトシート複合体６０では、金属箔７１の突起２８１がたとえば台形状になっている。図６と図７の各実施の形態のその他の構成要素については、図４の実施の形態の対応する構成要素と同じであるので、その説明を用いることにする。
【００５２】
図８は、本発明の金属−グラファイトシート複合体のさらに別の実施の形態を示している。
この実施の形態では、開口部７３Ｐにおいて、熱的接続部１７４が配置されている。この熱的接続部１７４は、棒状体とは異なる金属製のねじであり、電気伝導性および熱伝導性を有する金属、たとえば銅やアルミニウムあるいはその他の材質で作ることができる。
この熱的接続部１７４は、頭部１７５とおねじ１７６を有している。頭部１７５は、金属箔７１の上面側に対して圧着される。おねじ１７６は、金属箔７１の第１穴７１Ｈ、グラファイトシート７０の第２穴７０Ｈ、ラミネート材７３の第３穴７３Ｈを通り、グランド６１の穴６１Ｈと回路基板２００の穴２００Ｈに対してねじ込まれている。このように、露出している金属箔７１の上部から熱的接続部１７４をねじ止めすることにより、金属箔７１とグランド６１は、熱的接続部１７４を用いて簡単に熱的にかつ機械的に接続することができる。
【００５３】
図９は、本発明の金属−グラファイトシート複合体６０のさらに別の実施の形態を示している。
図９の実施の形態では、グラファイトシート７０の他端部７０Ｂの一部分には、ラミネート材７３は被覆されておらず、開放されている。このラミネート材７３に対して、直接金属箔７１が熱的に接続されている。この金属箔７１は、熱的接続部７４を用いてグランド６１側に熱的に接続される。この金属箔７１と他端部７０Ｂは、上述したような導電性を有する接着剤もしくは粘着剤により貼りつける。
【００５４】
図１０は、本発明の金属−グラファイトシート複合体６０のさらに別の実施の形態を示している。
図１０の金属−グラファイトシート複合体６０では、熱的接続部７４が金属箔７１とグランド６１を直接熱的に接続している。
グラファイトシート７０の他端部７０Ｂは、接着剤もしくは両面テープ１５０により回路基板２００の面に接着されている。金属箔７１は、グラファイトシート７０の他端部７０Ｂの一部分７０Ｃに対して、導電性および熱伝導性を有する接着剤１５６により接着されている。
これによりＣＰＵ５０の発生する熱は、グラファイトシート７０および接着剤１５６を通じて金属箔７１に伝導される。この伝導された熱は、金属箔７１、熱的接続部７４を通じて熱放出対象部分であるグランド６１に伝えられるので、この熱はグランド６１を通じて外部に放出される。
【００５５】
上述したような本発明の金属−グラファイトシート複合体６０は、動作時に発熱し、かつノイズ源ともなる発熱素子（発熱体）であるたとえばＣＰＵ５０に対して、熱伝達部材５５を通じてグラファイトシート７０に対して熱およびこのノイズを伝達することができる。そしてこの熱およびノイズは、グラファイトシート７０、金属箔７１および熱的接続部７４を通じて、グランド６１側に放出することができる。
また金属−グラファイトシート複合体６０は、たとえばＣＰＵ５０に対応する部分と金属箔７１の一部分を除いて、グラファイトシート７０および金属箔７１の積層体をラミネート材７３によりラミネートして覆うことで電気的な絶縁を図っている。したがってラミネート材７３と金属箔７１が不要な部分で短絡するような問題を解消することができる。
【００５６】
本発明の金属−グラファイトシート複合体６０では、グラファイトシート７０と金属箔７１とが良好な接着性をもって接着されており、そしてこのような金属箔７１が設けられていることから、発熱素子であるＣＰＵ５０のアースをとることができると同時に、ＣＰＵ５０の発生する熱を放出することができる。
なお、熱的接続部７４と金属箔７１は両方とも金属なので容易にはんだ付けなどで電気的に確実に接合することができる。
【００５７】
金属箔７１は、グラファイトシート７０の一方の面のみならず一方の面および他方の面の両方にそれぞれ配置して、金属箔７１がグラファイトシート７０を挟み込むような構造にしても勿論構わない。
金属箔７１に対して突起を設けることにより、この突起がグラファイトシート７０に対して食い込むようにして電気的、機械的および熱的に接続することができる。
金属箔７１がグラファイトシート７０の一方の面と他方の面の両方に配置されていることにより、熱的接続部７４はグラファイトシート７０に穴を設けずに、熱的接続部７４は金属箔７１とグランド６１を電気的に接続することができる。これによりグラファイトシート７０にねじもしくはたとえば棒状の熱的接続部を通すための穴を設ける手間が省ける。
【００５８】
ところで、本発明の金属−グラファイトシート複合体を有する電子機器は、図示した携帯情報端末（ＰＤＡ）に限らず、他の種類の情報関連機器であるたとえば、携帯電話機やコンピュータあるいはその他の種類の電子機器をも含むものである。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、グラファイトシートの特性である良好な導電性と熱伝導性を基本にしながら、その使いやすさとしての電気を伝えながら放熱することが確実かつ容易に行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属−グラファイトシート複合体を有する電子機器の一例を示す斜視図。
【図２】図１の電子機器を拡大して示す斜視図。
【図３】電子機器の回路基板に搭載されている金属−グラファイトシート複合体を示す斜視図。
【図４】図３の金属−グラファイトシート複合体の断面を有する側面図。
【図５】グラファイトシートの層構造の例を示す図。
【図６】本発明の金属−グラファイトシート複合体の別の実施の形態を示す図。
【図７】本発明の金属−グラファイトシート複合体のさらに別の実施の形態を示す図。
【図８】本発明の金属−グラファイトシート複合体のさらに別の実施の形態を示す図。
【図９】本発明の金属−グラファイトシート複合体のさらに別の実施の形態を示す斜視図。
【図１０】本発明の金属−グラファイトシート複合体のさらに別の実施の形態を示す図。
【符号の説明】
１０・・・電子機器、５０・・・ＣＰＵ（発熱体あるいは発熱素子の一例）、６０・・・金属−グラファイトシート複合体、６１・・・グランド（熱放出対象部分）、６２・・・放熱装置、７０・・・グラファイトシート、７１・・・金属箔、７３・・・ラミネート材、７４・・・熱的接続部、８１・・・金属箔の突起、２００・・・回路基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱体に熱的に接続して発熱体の発生する熱を伝導するための金属−グラファイトシート複合体および金属−グラファイトシート複合体を有する電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、熱伝導性の材料としては銅やアルミニウム等の金属材料が使われている。これらの材料は、通常の使用においては十分な機能を持ち広く使われている。しかしながら、金属材料はフレキシブルでなく、局所的に大きな熱の発生が避けられず、その放熱は電流供給リード線では到底まかなうことができないため、放熱の機構を電流供給の機構とは別途に組み込む必要があり、電子素子の作成および使用に当たっての大きな妨げになっている。
具体的には、例えば半導体レーザチップの活性層に近い面をシリコンあるいは酸化ベリリウム、炭化シリコン、ダイヤモンドといった熱伝導性の比較的よい結晶性物質の小片に接着させ（この構造はいわゆるサブマウントと呼ばれる。）、放熱をよくしようということが行われている。
【０００３】
さらに、半導体レーザチップにおいて高出力動作が必要な場合には、効率よく冷却するためにペルチエ素子の冷却側に、半導体レーザチップの活性層側を張り付けることなども実際に行われている。
炭素質材料は、軽量耐熱材料としてあるいは高強度材料として、各種の構造材料として使われている。このような炭素材料の中で炭素原子が６角形の網の目状に結合したグラファイトは、その高い熱伝導性を利用した放熱・電熱材料としての用途が広がろうとしている。
【０００４】
特にシート状のグラファイトは、大きな面積のものを容易に作ることができるとともに、極めて高い熱伝導率を持ち、柔軟性に富んでいるため、熱伝達用の材料としてヒートコンダクターやヒートスプレッダーを必要とするところに用いられている。
このグラファイトシートは、比較的高い電気伝導率を持つため、電磁波ノイズのシールド材にもなりうる。ところが、電磁波ノイズ源にもなるチップから放熱のためにグラファイトシートを貼った場合、熱伝達材のみならずノイズ伝播材になる可能性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このため、金属材をシールド材として用いた場合には、配線をはんだ付けしてグランド（ＧＮＤ）に接続する。一方、グラファイトシートは、柔軟性を有しかつ熱伝導率は大きいが、その表面が非常に反応性に乏しいことから、一般的にははんだ付け等の操作は困難でもある。またグラファイトシートをねじ止めしようとしても、シートそのものの強度が弱いため、シートが破損しやすい。
以上のような点が、優れた熱伝導と導電性を持つというグラファイトシートのメリットを実際に利用する上で大きな課題となっていた。
【０００６】
これまで、たとえば、特開平１０−３３０１７７号公報には、グラファイトシートに金属薄膜を積層した構造が説明されている。しかし、金属薄膜は、真空蒸着、スパッタ蒸着、またはメッキによりグラファイトシート上に直接付着されているため、かなり薄い膜であり、ねじ止めなどには強度が低い。
また、特開平８−２６７６４７号公報には、レーザー加工により、グラファイトシートに穴を開けて１つの支持部材とを固着積層してなるグラファイトクラッド構造材が提案されている。ただし、この手法ではグラファイトシートの強度を上げることができるものの、プロセス上手間がかかるという難点があった。
そこで本発明は上記課題を解消し、グラファイトシートの特性である良好な導電性と熱伝導性を基本にしながら、その使いやすさとしての電気を伝えながら放熱することが確実かつ容易に行うことが出来る金属−グラファイトシート複合体および電子機器を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、発熱体に熱的に接続して前記発熱体の発生する熱を伝導するための金属−グラファイトシート複合体であり、前記発熱体に対して熱的に接続されるグラファイトシートと、前記グラファイトシートの少なくとも一方の面に配置された金属箔と、前記グラファイトシートと前記金属箔からなる積層体の少なくとも前記グラファイトシートをラミネートしている電気絶縁性のラミネート材と、前記グラファイトシートを通じて伝導されてくる前記発熱体の熱を放出するための熱放出対象部分に対して、前記金属箔を熱的に接続する熱的接続部と、を備えることを特徴とする金属−グラファイトシート複合体である。
【０００８】
請求項１では、グラファイトシートは、発熱体に対して熱的に接続される。金属箔は、グラファイトシートの少なくとも一方の面に配置される。
ラミネート材は、グラファイトシートと金属箔からなる積層体の少なくともグラファイトシートをラミネートしている高分子シートである。
熱的接続部は、グラファイトシートを通じて伝導されてくる発熱体の熱を放出するための熱放出対象部分に対して金属箔を熱的に接続する部分である。
これにより、発熱体の発生する熱は、グラファイトシートおよび金属箔を通じて熱的接続部に伝えられる。熱的接続部は、この伝えられた発熱体の熱を熱放出対象部分に対して放出することができる。
これにより、発熱体の発生する熱は、グラファイトシートの特性である良好な熱伝導性を利用して、金属箔に伝えることができ、金属箔に伝えられた熱は熱的接続部を通じて熱放出対象部分に対して放出することができ、発熱体の熱を簡単かつ確実に放出することができる。
グラファイトシートと金属箔からなる積層体の少なくともグラファイトシートが、ラミネート材によりラミネートされているので、グラファイトシートの表面から生じる粉状物が飛散するのを確実に防ぐことができる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の金属−グラファイトシート複合体において、前記金属箔の一部分は、前記ラミネート材から外部に露出している。
【００１０】
請求項２では、金属箔の一部分がラミネート材から外部に露出しているので、直接、金属箔に配線等をはんだ付けすることが可能となる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１に記載の金属−グラファイトシート複合体において、前記金属箔は、前記グラファイトシートの面に対して導電性の接着剤により接着されている。
【００１２】
請求項３では、金属箔は導電性の接着剤によりグラファイトシートの面に対して接着することができるので、金属箔とグラファイトシートは電気的に良好に接続され、かつ金属箔のグラファイトシートに対する配置が簡単に行える。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１に記載の金属−グラファイトシート複合体において、前記金属箔は、前記グラファイトシートの面側に熱的に接続される突起を有している。
【００１４】
請求項４では、金属箔の突起は、グラファイトシートの面側に熱的に接続されているので、金属箔とグラファイトシート間の熱の伝導をより広い面積で確実に行うことができる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１に記載の金属−グラファイトシート複合体において、前記熱的接続部は、前記金属箔の第１穴と、前記グラファイトシートの第２穴と、前記ラミネート材の第３穴を通って、前記熱放出対象部分に対して熱的に接続されている。
【００１６】
請求項５では、熱的接続部は、金属箔の第１穴とグラファイトシートの第２穴およびラミネート材の第３穴を通じて熱放出対象部分に対して熱的に接続されている。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項５に記載の金属−グラファイトシート複合体において、前記熱放出対象部分は、回路基板のグランドである。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項５に記載の金属−グラファイトシート複合体において、前記熱的接続部は、金属製のねじであり、前記ねじは前記金属箔に圧着される頭部と、前記頭部と一体に形成されていて前記第１穴、第２穴、そして前記第３穴を通って前記熱放出対象部分にねじ込まれるおねじとを有する。
【００１９】
請求項７では、熱的接続部は金属製のねじである。このねじの頭部は金属箔に圧着される。この頭部と一体になっているおねじは、第１穴と第２穴および第３穴を通って熱放出対象部分にねじ込まれるので、グラファイトシートと金属箔は確実に固定できる。
【００２０】
請求項８の発明は、発熱体に熱的に接続して前記発熱体の発生する熱を伝導するための金属−グラファイトシート複合体を有する電子機器であり、前記金属−グラファイトシート複合体は、前記発熱体に対して熱的に接続されるグラファイトシートと、前記グラファイトシートの少なくとも一方の面に配置された金属箔と、前記グラファイトシートと前記金属箔からなる積層体の少なくとも前記グラファイトシートをラミネートしている電気絶縁性のラミネート材と、前記グラファイトシートを通じて伝導されてくる前記発熱体の熱を放出するための熱放出対象部分に対して、前記金属箔を熱的に接続する熱的接続部と、を備えることを特徴とする電子機器である。
【００２１】
請求項８では、グラファイトシートは、発熱体に対して熱的に接続される。金属箔は、グラファイトシートの少なくとも一方の面に配置される。
ラミネート材は、グラファイトシートと金属箔からなる積層体の少なくともグラファイトシートを断面としている高分子シートである。
熱的接続部は、グラファイトシートを通じて伝導されてくる発熱体の熱を放出するための熱放出対象部分に対して金属箔を熱的に接続する部分である。
これにより、発熱体の発生する熱は、グラファイトシートおよび金属箔を通じて熱的接続部に伝えられる。熱的接続部は、この伝えられた発熱体の熱を熱放出対象部分に対して放出することができる。
これにより、発熱体の発生する熱は、グラファイトシートの特性である良好な熱伝導性を利用して、金属箔に伝えることができ、金属箔に伝えられた熱は熱的接続部を通じて熱放出対象部分に対して放出することができ、発熱体の熱を簡単かつ確実に放出することができる。
グラファイトシートと金属箔からなる積層体の少なくともグラファイトシートが、ラミネート材によりラミネートされているので、グラファイトシートの表面から生じる粉状物が飛散するのを確実に防ぐことができる。
【００２２】
請求項９の発明は、請求項８に記載の電子機器において、前記金属箔の一部分は、前記ラミネート材から外部に露出している。
【００２３】
請求項９では、金属箔の一部分がラミネート材から外部に露出しているので、複合材のその位置にねじ止め等を行うことにより、ねじの頭部と金属箔が電気的に良好に接続されることになる。また、この構造はグラファイトシートに金属箔を貼り付けるときに、グラファイトシートに対する位置決めが簡単に行える。
【００２４】
請求項１０の発明は、請求項８に記載の電子機器において、前記金属箔は、前記グラファイトシートの面に対して導電性の接着テープにより接着されている。
【００２５】
請求項１０では、金属箔は導電性の接着剤によりグラファイトシートの面に対して接着することができるので、金属箔のグラファイトシートに対する配置が簡単に行える。
【００２６】
請求項１１の発明は、請求項８に記載の電子機器において、前記金属箔は、前記グラファイトシートの面側に熱的に接続される突起を有している。
【００２７】
請求項１１では、金属箔の突起は、グラファイトシートの面側に熱的に接続されているので、金属箔とグラファイトシート間の熱の伝導をより広い面積で確実に行うことができる。
【００２８】
請求項１２の発明は、請求項８に記載の電子機器において、前記熱的接続部は、前記金属箔の第１穴と、前記グラファイトシートの第２穴と、前記ラミネート材の第３穴を通って、前記熱放出対象部分に対して熱的に接続されている。
【００２９】
請求項１２では、熱的接続部は、金属箔の第１穴とグラファイトシートの第２穴およびラミネート材の第３穴を通じて熱放出対象部分に対して熱的に接続されている。
【００３０】
請求項１３の発明は、請求項１２に記載の電子機器において、前記熱放出対象部分は、回路基板のグランドである。
【００３１】
請求項１４の発明は、請求項１２に記載の電子機器において、前記熱的接続部は、金属製のねじであり、前記ねじは前記金属箔に圧着される頭部と、前記頭部と一体に形成されていて前記第１穴、第２穴、そして前記第３穴を通って前記熱放出対象部分にねじ込まれるおねじとを有する。
【００３２】
請求項１４では、熱的接続部は金属製のねじである。このねじの頭部は金属箔に圧着される。この頭部と一体になっているおねじは、第１穴と第２穴および第３穴を通って熱放出対象部分にねじ込まれるので、グラファイトシートと金属箔は確実に固定できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００３４】
図１は本発明の金属−グラファイトシート複合体を有する電子機器の好ましい実施の形態を示している。
図１に示す電子機器１０は、一例としていわゆる携帯情報端末（ＰＤＡ）である。この電子機器１０は、筐体１２と表示装置１４を有している。
図２は、図１の電子機器１０をさらに詳しく示している。
図１の電子機器１０は、筐体１２、表示装置１４、入力装置２０、およびパワーキー２２、音声のボリューム調整部２４、外部のイヤーホンをつなぐためのジャック２７、他の機能を発揮させるためのキー２６，２８を有している。
【００３５】
図１の入力装置２０は、操作者（使用者）の部位、たとえば手Ｈの指Ｆにより操作することでポインタＰの座標データを与えるためのものである。指Ｆは図１の例では人差指を用いているが、これに限らず他の指であっても勿論構わない。図２では、図１の表示画面３０に表示した情報４０の一例を表示している。図１と図２に示すように表示画面３０にはポインタＰを表示している。このポインタＰは矢印形のポインタである。
【００３６】
図２に示すように表示装置１４の表示画面３０には、ポインタＰの他に、情報４０や、各種機能を実施するためのキー４４，４６，４８等が表示されている。キー４２はキーボードを表示画面３０に表示させるためのキーである。キー４４は情報の検索に用いるキーである。キー４６はメニューを表示画面３０に表示するためのキーである。キー４８はたとえば表示を英語表示か日本語表示に切り換えることができるキーである。これらのキー４２，４４，４６，４８の操作は指Ｆでタッチすることで行える。
【００３７】
図２の筐体１２は、第１部分１２Ａと第２部分１２Ｂを有している。第１部分１２Ａは上筐体部分とも呼び、第２部分１２Ｂは下筐体部分とも呼ぶ。第１部分１２Ａと第２部分１２Ｂは重ねることにより、その中に空間を形成している。この空間には表示装置１４や回路基板等が収容されている。
筐体１２は、たとえばプラスチックであるＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＣ＋ＡＢＳ（ポリカーボネート＋アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、変性ＰＰＥ（ポリフェチレンエーテル）等により作られている。
【００３８】
図１に示すように、筐体１２の中には、回路基板２００が収容されている。この回路基板２００は、たとえば表示装置１４を駆動するための表示装置駆動回路や、入力装置２０の機能を達成するための回路等を搭載している。
図３は、図１に示す回路基板２００の一部分を示しており、この回路基板２００には、発熱体である発熱素子の一例として、表示装置１４の駆動を制御するためのＣＰＵ（中央処理装置）５０が搭載されている。このＣＰＵ５０の作動時に発生する熱は、金属−グラファイトシート複合体６０により、外部に放出できる構造になっている。
回路基板２００の上にはグランド（ＧＮＤ）６１が形成されている。このグランド６１は、回路基板２００の上に形成された導体パターンの一例である。このグランド６１と金属−グラファイトシート複合体６０は、放熱装置（冷却装置ともいう）６２を構成している。
【００３９】
金属−グラファイトシート複合体６０について、図３と図４を参照しながら説明する。
金属−グラファイトシート複合体６０は、グラファイトシート７０と、金属箔７１と、ラミネート材７３と、そして熱的接続部７４を有している。
グラファイトシート７０は、図５に示すようなカーボンが層状構造を取ったものであり、シートの面内の熱伝導率がたとえば４００から１０００Ｗ／ｍＫであり銅やアルミニウムなどの金属の熱伝導率より高く、かつ密度が１ｇ／ｃｍ３程度と軽い材料である。同時にグラファイトシート７０は高い電気伝導性をもつ材料である。このグラファイトシート７０をヒートコンダクタとして用いることにより、効率良く熱を伝達させることが可能である。
【００４０】
このグラファイトシート７０は、主として炭素原子同士の結合面の方向、すなわち図５に示す面内方向（ａ−ｂ方向）に両方に放熱し得るような構成を有しており、このグラファイトシート７０は、図４における矢印Ｒ方向に沿って熱を伝えやすい。
図４のグラファイトシート７０の一端部７０Ａは、発熱素子であるＣＰＵ５０の面５０Ａに対して、たとえば熱伝達部材５５を介して熱的に接続もしくは接着されている。この熱伝達部材５５はたとえば、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミ、窒化珪素等の熱伝導性フィラーを含有する放熱シートや熱伝導性テープ、またはフェーズチェンジ材等を用いることができる。
【００４１】
グラファイトシート７０の他端部７０Ｂは、回路基板２００のグランド６１側に位置している。このグランド６１は、熱放出対象部分に相当している。このグランド６１を通じて、ＣＰＵ５０の発生する熱は図１の電子機器１０の筐体１２あるいは筐体１２の外部に熱を放出することができる。グラファイトシート７０は、良好な電気伝導性と熱伝導性を有している。
【００４２】
図３と図４に示す金属箔７１は、良好な電気伝導性および熱伝導性を有する金属、たとえば銅やアルミニウム等の一般的な金属を用いることができる。金属箔７１がこのような一般的な金属を用いることにより、金属製の熱的接続部７４に対するはんだ付け等の作業が可能になる。
金属箔７１は、グラファイトシート７０の一方の面８０に配置されている。この金属箔７１は、グラファイトシート７０の一方の面８０に対して導電性の接着剤により接着して固定することができる。
【００４３】
金属箔７１は、好ましくは複数個の突起８１を有している。この突起８１は、図４のＸ方向、およびＸ方向とは垂直でかつ紙面に垂直なＹ方向に沿って、たとえばマトリックス状に配列されている。突起８１の図４における断面形状はほぼ長方形状もしくは正方形状である。
このような突起８１を複数個金属箔７１に形成することにより、金属箔７１がグラファイトシート７０に対して接着される際に、その接着面積および熱伝導するための面積を、突起８１が無い場合に比べて大幅に拡大することができるのである。これによって、金属箔７１とグラファイトシート７０の熱伝導性（熱伝達性）を向上することができる。
【００４４】
この金属箔７１はグラファイトシート７０の一方の面８０、特にグラファイトシート７０の他端部７０Ｂの一方の面８０に形成されている。
しかしこれに限らず、金属箔７１はグラファイトシート７０の一端部７０Ａと他端部７０Ｂの一方の面８０に対してその一部又は全面にわたって形成しても良い。また金属箔７１は、グラファイトシート７０の一方の面８０および他方の面８１に対してそれぞれ配置することも勿論可能である。
【００４５】
図４のラミネート材７３は、グラファイトシート７０と金属箔７１の積層体を、ラミネートしている高分子シートである。
このラミネート材７３は、金属箔７１とグラファイトシート７０の積層体を完全にラミネートして閉じた構造になっている。グラファイトシート７０のほぼ全面にわたって閉じるようにラミネート材７３がグラファイトシート７０と金属箔７１をラミネートしている。
【００４６】
これにより、金属−グラファイトシート複合体６０の強度を保つことができるばかりでなく、グラファイトシート７０から生じるいわゆる粉落ち（グラファイトの粉状体の落下）を防ぐことができるという大きなメリットがある。
しかもこのラミネート材７３は、グラファイトシート７０および金属箔７１に対する外部からの電気的な絶縁を確保することができる。そしてこのラミネート材７３はグラファイトシート７０と金属箔７１をラミネートして囲んでいることから、グラファイトシート７０および金属箔７１により伝えている熱が、図１に示す筐体１２内の熱に弱い部位、たとえば熱に弱い他の電子素子に対して逃げないようにして熱的ダメージを与えないというメリットもある。
このラミネート材７３は、高分子シートであり、この高分子としてはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やポリ塩化ビニール、ポリイミド等や、シリコン等により作ることができるが、これに限るものではない。
【００４７】
図４の上述したようにグラファイトシート７０と金属箔７１は、導電性を有する接着剤、たとえば導電性を有する両面テープまたは銀、金、銅等の導電性フィラーが含有された接着剤を用いて接着して固定している。これにより、グラファイトシート７０と金属箔７１の間の熱的および電気的な抵抗を小さく抑えて、グラファイトシート７０と金属箔７１とは良好な状態で熱的にかつ機械的に接着することができる。
【００４８】
図３と図４に示す熱的接続部７４は、たとえば棒状体であり熱伝導性を有する金属、たとえば銅やアルミニウム等により作られている。この熱的接続部７４は、金属箔７１とグラファイトシート７０およびグランド６１を熱的に接続している。この熱的接続部７４は、金属箔７１の第１穴７１Ｈ、グラファイトシート７０の第２穴７０Ｈ、およびラミネート材７３の第３穴７３Ｈを通って、熱放出対象部分であるグランド６１の穴６１Ｈと回路基板２００の穴２００Ｈに対してはめ込まれている。これにより、金属箔７１、グラファイトシート７０およびグランド６１は熱的接続部７４により熱的に接続することができる。
金属箔７１の材質は上述したような銅やアルミニウム等を採用することができるが、この厚みは、目的や用途によって決められるものであって特に制限されるものではない。一例としては金属箔７１の厚さは３０μｍから１００μｍである。
【００４９】
次に、図３と図４に示す金属−グラファイトシート複合体６０の作用について説明する。
回路基板２００が作動されて、ＣＰＵ５０が動作すると、ＣＰＵ５０は熱を発生する。ＣＰＵ５０の熱は、熱伝達部材５５を介してグラファイトシート７０の一端部７０Ａに伝わる。グラファイトシート７０はこのＣＰＵ５０の熱を一端部７０ＡからＲ方向に沿って他端部７０Ｂ側に伝える。この熱は、金属箔７１に突起８１等を介して伝導されるとともに、熱的接続部７４を通じてグランド６１側に伝えられる。この伝わってくる熱は、グランド６１を通じてたとえば図１の筐体１２の中の金属部分やあるいは筐体１２の外部に放出されることになる。
【００５０】
次に、図６は、本発明の金属−グラファイトシート複合体６０の別の実施の形態を示している。
図６の金属−グラファイトシート複合体６０が、図４の金属−グラファイトシート複合体６０と異なるのは、金属箔７１の形状である。この金属箔７１は、突起１８１を有している。この突起１８１の断面形状は、たとえば三角形状である。
そして、ラミネート部材７３の一部分には、開口部７３Ｐが形成されている。このように金属箔７１の一部分が開口部７３Ｐにより金属−グラファイトシート複合体６０の外部に開放されていることにより、複合材を基板やＧＮＤ等にねじ止めなどで接続でき、また、ねじの頭部と開口部７３Ｐが直接接触するため、導電性がよい。
【００５１】
次に、図７は、本発明の金属−グラファイトシート複合体６０のさらに別の実施の形態を示している。図７の金属−グラファイトシート複合体６０では、金属箔７１の突起２８１がたとえば台形状になっている。図６と図７の各実施の形態のその他の構成要素については、図４の実施の形態の対応する構成要素と同じであるので、その説明を用いることにする。
【００５２】
図８は、本発明の金属−グラファイトシート複合体のさらに別の実施の形態を示している。
この実施の形態では、開口部７３Ｐにおいて、熱的接続部１７４が配置されている。この熱的接続部１７４は、棒状体とは異なる金属製のねじであり、電気伝導性および熱伝導性を有する金属、たとえば銅やアルミニウムあるいはその他の材質で作ることができる。
この熱的接続部１７４は、頭部１７５とおねじ１７６を有している。頭部１７５は、金属箔７１の上面側に対して圧着される。おねじ１７６は、金属箔７１の第１穴７１Ｈ、グラファイトシート７０の第２穴７０Ｈ、ラミネート材７３の第３穴７３Ｈを通り、グランド６１の穴６１Ｈと回路基板２００の穴２００Ｈに対してねじ込まれている。このように、露出している金属箔７１の上部から熱的接続部１７４をねじ止めすることにより、金属箔７１とグランド６１は、熱的接続部１７４を用いて簡単に熱的にかつ機械的に接続することができる。
【００５３】
図９は、本発明の金属−グラファイトシート複合体６０のさらに別の実施の形態を示している。
図９の実施の形態では、グラファイトシート７０の他端部７０Ｂの一部分には、ラミネート材７３は被覆されておらず、開放されている。このラミネート材７３に対して、直接金属箔７１が熱的に接続されている。この金属箔７１は、熱的接続部７４を用いてグランド６１側に熱的に接続される。この金属箔７１と他端部７０Ｂは、上述したような導電性を有する接着剤もしくは粘着剤により貼りつける。
【００５４】
図１０は、本発明の金属−グラファイトシート複合体６０のさらに別の実施の形態を示している。
図１０の金属−グラファイトシート複合体６０では、熱的接続部７４が金属箔７１とグランド６１を直接熱的に接続している。
グラファイトシート７０の他端部７０Ｂは、接着剤もしくは両面テープ１５０により回路基板２００の面に接着されている。金属箔７１は、グラファイトシート７０の他端部７０Ｂの一部分７０Ｃに対して、導電性および熱伝導性を有する接着剤１５６により接着されている。
これによりＣＰＵ５０の発生する熱は、グラファイトシート７０および接着剤１５６を通じて金属箔７１に伝導される。この伝導された熱は、金属箔７１、熱的接続部７４を通じて熱放出対象部分であるグランド６１に伝えられるので、この熱はグランド６１を通じて外部に放出される。
【００５５】
上述したような本発明の金属−グラファイトシート複合体６０は、動作時に発熱し、かつノイズ源ともなる発熱素子（発熱体）であるたとえばＣＰＵ５０に対して、熱伝達部材５５を通じてグラファイトシート７０に対して熱およびこのノイズを伝達することができる。そしてこの熱およびノイズは、グラファイトシート７０、金属箔７１および熱的接続部７４を通じて、グランド６１側に放出することができる。
また金属−グラファイトシート複合体６０は、たとえばＣＰＵ５０に対応する部分と金属箔７１の一部分を除いて、グラファイトシート７０および金属箔７１の積層体をラミネート材７３によりラミネートして覆うことで電気的な絶縁を図っている。したがってラミネート材７３と金属箔７１が不要な部分で短絡するような問題を解消することができる。
【００５６】
本発明の金属−グラファイトシート複合体６０では、グラファイトシート７０と金属箔７１とが良好な接着性をもって接着されており、そしてこのような金属箔７１が設けられていることから、発熱素子であるＣＰＵ５０のアースをとることができると同時に、ＣＰＵ５０の発生する熱を放出することができる。
なお、熱的接続部７４と金属箔７１は両方とも金属なので容易にはんだ付けなどで電気的に確実に接合することができる。
【００５７】
金属箔７１は、グラファイトシート７０の一方の面のみならず一方の面および他方の面の両方にそれぞれ配置して、金属箔７１がグラファイトシート７０を挟み込むような構造にしても勿論構わない。
金属箔７１に対して突起を設けることにより、この突起がグラファイトシート７０に対して食い込むようにして電気的、機械的および熱的に接続することができる。
金属箔７１がグラファイトシート７０の一方の面と他方の面の両方に配置されていることにより、熱的接続部７４はグラファイトシート７０に穴を設けずに、熱的接続部７４は金属箔７１とグランド６１を電気的に接続することができる。これによりグラファイトシート７０にねじもしくはたとえば棒状の熱的接続部を通すための穴を設ける手間が省ける。
【００５８】
ところで、本発明の金属−グラファイトシート複合体を有する電子機器は、図示した携帯情報端末（ＰＤＡ）に限らず、他の種類の情報関連機器であるたとえば、携帯電話機やコンピュータあるいはその他の種類の電子機器をも含むものである。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、グラファイトシートの特性である良好な導電性と熱伝導性を基本にしながら、その使いやすさとしての電気を伝えながら放熱することが確実かつ容易に行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属−グラファイトシート複合体を有する電子機器の一例を示す斜視図。
【図２】図１の電子機器を拡大して示す斜視図。
【図３】電子機器の回路基板に搭載されている金属−グラファイトシート複合体を示す斜視図。
【図４】図３の金属−グラファイトシート複合体の断面を有する側面図。
【図５】グラファイトシートの層構造の例を示す図。
【図６】本発明の金属−グラファイトシート複合体の別の実施の形態を示す図。
【図７】本発明の金属−グラファイトシート複合体のさらに別の実施の形態を示す図。
【図８】本発明の金属−グラファイトシート複合体のさらに別の実施の形態を示す図。
【図９】本発明の金属−グラファイトシート複合体のさらに別の実施の形態を示す斜視図。
【図１０】本発明の金属−グラファイトシート複合体のさらに別の実施の形態を示す図。
【符号の説明】
１０・・・電子機器、５０・・・ＣＰＵ（発熱体あるいは発熱素子の一例）、６０・・・金属−グラファイトシート複合体、６１・・・グランド（熱放出対象部分）、６２・・・放熱装置、７０・・・グラファイトシート、７１・・・金属箔、７３・・・ラミネート材、７４・・・熱的接続部、８１・・・金属箔の突起、２００・・・回路基板
Claims (14)
- 発熱体に熱的に接続して前記発熱体の発生する熱を伝導するための金属−グラファイトシート複合体であり、
前記発熱体に対して熱的に接続されるグラファイトシートと、
前記グラファイトシートの少なくとも一方の面に配置された金属箔と、
前記グラファイトシートと前記金属箔からなる積層体の少なくとも前記グラファイトシートをラミネートしている電気絶縁性のラミネート材と、
前記グラファイトシートを通じて伝導されてくる前記発熱体の熱を放出するための熱放出対象部分に対して、前記金属箔を熱的に接続する熱的接続部と、
を備えることを特徴とする金属−グラファイトシート複合体。 - 前記金属箔の一部分は、前記ラミネート材から外部に露出している請求項１に記載の金属−グラファイトシート複合体。
- 前記金属箔は、前記グラファイトシートの面に対して導電性の接着剤により接着されている請求項１に記載の金属−グラファイトシート複合体。
- 前記金属箔は、前記グラファイトシートの面側に熱的に接続される突起を有している請求項１に記載の金属−グラファイトシート複合体。
- 前記熱的接続部は、前記金属箔の第１穴と、前記グラファイトシートの第２穴と、前記ラミネート材の第３穴を通って、前記熱放出対象部分に対して熱的に接続されている請求項１に記載の金属−グラファイトシート複合体。
- 前記熱放出対象部分は、回路基板のグランドである請求項５に記載の金属−グラファイトシート複合体。
- 前記熱的接続部は、金属製のねじであり、前記ねじは前記金属箔に圧着される頭部と、前記頭部と一体に形成されていて前記第１穴、第２穴、そして前記第３穴を通って前記熱放出対象部分にねじ込まれるおねじとを有する請求項５に記載の金属−グラファイトシート複合体。
- 発熱体に熱的に接続して前記発熱体の発生する熱を伝導するための金属−グラファイトシート複合体を有する電子機器であり、
前記金属−グラファイトシート複合体は、
前記発熱体に対して熱的に接続されるグラファイトシートと、
前記グラファイトシートの少なくとも一方の面に配置された金属箔と、
前記グラファイトシートと前記金属箔からなる積層体の少なくとも前記グラファイトシートをラミネートしている電気絶縁性のラミネート材と、
前記グラファイトシートを通じて伝導されてくる前記発熱体の熱を放出するための熱放出対象部分に対して、前記金属箔を熱的に接続する熱的接続部と、
を備えることを特徴とする電子機器。 - 前記金属箔の一部分は、前記ラミネート材から外部に露出している請求項８に記載の電子機器。
- 前記金属箔は、前記グラファイトシートの面に対して導電性の接着テープにより接着されている請求項８に記載の電子機器。
- 前記金属箔は、前記グラファイトシートの面側に熱的に接続される突起を有している請求項８に記載の電子機器。
- 前記熱的接続部は、前記金属箔の第１穴と、前記グラファイトシートの第２穴と、前記ラミネート材の第３穴を通って、前記熱放出対象部分に対して熱的に接続されている請求項８に記載の電子機器。
- 前記熱放出対象部分は、回路基板のグランドである請求項１２に記載の電子機器。
- 前記熱的接続部は、金属製のねじであり、前記ねじは前記金属箔に圧着される頭部と、前記頭部と一体に形成されていて前記第１穴、第２穴、そして前記第３穴を通って前記熱放出対象部分にねじ込まれるおねじとを有する請求項１２に記載の電子機器。
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