JP2006013349A - 熱伝導材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 シート状のグラファイト層を備えた熱伝導材において、その放熱性を良好に向上させること。
【解決手段】 熱伝導材１は、シート状のグラファイト層３の表面に、二酸化ケイ素からなる放熱層５を形成したものである。グラファイト層３は、膨張黒鉛をローラでプレス圧延することによりシート状に形成され、放熱層５は、グラファイト層３の表面に酸素雰囲気中でケイ素をスパッタリングすることにより、厚さ約１００ｎｍの二酸化ケイ素の層として形成されている。グラファイト層３自身は表面に沿った方向に極めて良好な熱拡散性を有しており、しかも、グラファイト層３の表面に放熱層５が形成されているので、放熱性も良好に確保することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子部品等の発熱体からの放熱を促すため、その発熱体に対して接触するように配置して使用される熱伝導材に関し、詳しくは、シート状のグラファイト層を備えた熱伝導材、及びその製造方法に関する。

従来より、シリコーンゴムに熱伝導フィラーを充填し、混練・成形してなる熱伝導材が考えられている。この種の熱伝導材は、電気・電子装置の内部において、例えば、発熱体となる電子部品等に接触するように配置され、その電子部品等が発生する熱を逃がす用途に使用される。このため、この種の熱伝導材は、例えばＣＰＵの高速化等のために不可欠な素材として注目を集めている。

また、グラファイトは極めて熱伝導性に優れていることが知られている。特に、シート状に形成されたいわゆるグラファイトシートは、熱伝導率を密度及び比熱で割った熱拡散率が高く、シートの一部に当接した発熱体の熱を迅速にシート全体に拡散させることができる。そこで、シート状のグラファイト層を備えた熱伝導材によって、上記のように電子部品等が発生する熱を逃がすことも考えられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−９２３８４号公報

ところが、グラファイトの放熱性はそれ程よくない。このため、グラファイト層を備えた熱伝導材は、電子部品と、放熱フィンや筐体パネル等といったヒートシンクとなる部品（以下、単にヒートシンクという）との間に介在させるように配置して、放熱はそのヒートシンクを介して行う必要があった。

この場合、ヒートシンクとグラファイト層との間に空気層や接着剤層が形成され、それらがグラファイト層からヒートシンクへの熱伝導を阻害する可能性がある。また、放熱フィンなどを設ける場合は小型化が困難で、筐体パネルをヒートシンクとして使用する場合は筐体パネルが熱を持つ可能性がある。このため、直接手に持って使用され、かつ小型化が要請されている携帯電話等への適用には、未だ改良の余地を残していた。

また、グラファイトの表面に熱放射塗料を塗布することも考えられるが、一般にグラファイトと熱放射性塗料との相溶性は悪く、塗料が塗布できないか、仮にできたとしても薄膜化することが困難である。熱放射塗料を塗布する方法は、この他にも、グラファイトと塗料との熱膨張率の差によって剥離が起こり易い、屈曲に弱く柔軟性が得られない、乾燥工程が必要となり製造コストが上昇する、などの各種課題が生じて実用的でない。

そこで、本発明は、シート状のグラファイト層を備えた熱伝導材において、その放熱性を良好に向上させることを目的としてなされた。

上記目的を達するためになされた本発明の熱伝導材は、シート状のグラファイト層と、該グラファイト層の表面にスパッタリングにより形成され、放熱性を有する放熱層と、を備えたことを特徴としている。このように構成された本発明の熱伝導材では、グラファイト層の表面に放熱層が形成されているので、良好な放熱性を確保することができる。しかも、その放熱層はスパッタリングによって形成されているので、グラファイト層との密着性がよく、しかも、薄層化が可能で製造工程も簡略化できる。このため、放熱フィンを設ける場合などのように、放熱のための機構が大型化したり、熱伝導性が阻害されたりすることもなく、製造コストも低減することができる。

従って、本発明の熱伝導材では、グラファイトの良好な熱拡散性を活かしつつ、良好な放熱性を確保することができ、しかも小型化が容易である。よって、携帯電話等の小型機器における電子部品の放熱用に、極めて良好に適用することができる。

なお、上記放熱層の構成としては種々考えられるが、上記放熱層が、酸化物から構成される場合、後述のように酸素雰囲気中でスパッタリングを行うことによって容易に放熱層を形成することができる。従って、この場合、製造を一層容易にして製造コストを一層良好に低減することができる。

また、上記酸化物としては種々のものが考えられるが、上記酸化物がアルミナ、二酸化ケイ素、またはそれらの両者からなるものである場合、これらの物質は極めて良好な放熱性を呈する。従って、この場合、一層良好な放熱性を確保することができる。

一方、本発明の熱伝導材の製造方法は、上記のように放熱層が酸化物から構成されたことを特徴とした本発明の熱伝導材を製造する熱伝導材の製造方法であって、酸素雰囲気中でスパッタリングを行うことにより、上記酸化物を生成しながら上記放熱層を形成することを特徴としている。

このように、本発明では、酸素雰囲気中でスパッタリングを行うことにより、放熱性を有する酸化物を生成しながらその酸化物からなる放熱層をグラファイト層の表面に形成することができる。このため、本発明の製造方法では、本発明の熱伝導材を極めて容易に製造することができ、その製造コストも良好に低減することができる。

次に、本発明の実施の形態を、図面と共に説明する。図１は、本発明が適用された熱伝導材１の構成を模式的に表す断面図である。図１に示すように、本実施の形態の熱伝導材１は、シート状のグラファイト層３の表面に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）からなる放熱層５を形成してなるものである。

グラファイト層３は、膨張黒鉛をローラでプレス圧延することにより、厚さ５０μｍ〜５ｍｍのシート状に形成されている。また、放熱層５は、グラファイト層３の表面に酸素雰囲気中でケイ素（Ｓｉ）をスパッタリングすることにより、厚さ約１００ｎｍの二酸化ケイ素の層として形成されている。なお、このスパッタリングの条件は、以下の通りである。

到達真空度 ：７Ｅ−３Ｐａ以下
スパッタ ：反応スパッタ
ガス ：Ａｒ：９１％、Ｏ₂ ：９．１％混合ガス
スパッタガス圧 ：０．６〜０．７Ｐａ
電力値 ：２．５Ｗ／ｃｍ² （ＤＣパルス）
電流 ：１０．２５ｍＡ／ｃｍ²
電圧 ：２４５Ｖ
成膜時のサンプル送り速度：１６ｃｍ／ｍｉｎ（平板移動冶具使用）
このように構成された熱伝導材１では、グラファイト層３自身は表面に沿った方向に極めて良好な熱拡散性を有しており、しかも、グラファイト層３の表面には放熱層５が形成されているので、放熱性も良好に確保することができる。例えば、熱放射率は０．８と、従来品の０．３対して２倍以上に向上した。これに応じて、熱放射量も従来品の２倍以上となる。

また、膨張黒鉛は、周知のように硫酸の存在下で黒鉛を処理して得られるので、その膨張黒鉛から製造されたグラファイト層３は硫黄分を含み腐食性を有するが、熱伝導材１では、グラファイト層３の表面に放熱層５を形成したことにより腐食性が軽減される。特に、銅に対する腐食性が良好に軽減される。しかも、二酸化ケイ素は絶縁性であるので、熱伝導材１の表面の絶縁化がなされる。

更に、放熱層５はスパッタリングによって形成されているので、次のような種々の効果が生じる。先ず、放熱層５とグラファイト層３との密着性がよく、剥離が生じ難い。しかも、上記のように１００ｎｍ程度まで薄層化が可能で、製造工程も簡略化できる。このため、放熱のための機構が大型化したり、熱伝導性が阻害されたりすることもなく、製造コストも低減することができる。また、放熱層５の表面は、グラファイト層３の表面に比べて極めて平滑であり、放熱層５の表面にヒートシンクを配設して使用する場合にはそのヒートシンクとの密着性が確保できる。

このように、本実施の形態の熱伝導材１では、グラファイト層３の良好な熱拡散性を活かしつつ、良好な放熱性を確保することができ、しかも小型化が容易である。よって、携帯電話等の小型機器における電子部品の放熱用に、極めて良好に適用することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。例えば、グラファイト層３の表面には、ケイ素の代わりにアルミニウム（Ａｌ）を酸素雰囲気中でスパッタリングすることにより、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）からなる放熱層５を形成してもよく、アルミナと二酸化ケイ素との両者からなる放熱層５を形成してもよい。また、グラファイト層３は膨張黒鉛以外から作成されてもよく、スパッタリングの条件も種々に変更することができる。

本発明が適用された熱伝導材の構成を模式的に表す断面図である。

符号の説明

１・・・熱伝導材 ３・・・グラファイト層 ５・・・放熱層

Claims (4)

1. シート状のグラファイト層と、
   該グラファイト層の表面にスパッタリングにより形成され、放熱性を有する放熱層と、
   を備えたことを特徴とする熱伝導材。
2. 上記放熱層が、酸化物から構成されたことを特徴とする請求項１記載の熱伝導材。
3. 上記酸化物がアルミナ、二酸化ケイ素、またはそれらの両者からなるものであることを特徴とする請求項２記載の熱伝導材。
4. 請求項２または３記載の熱伝導材を製造する熱伝導材の製造方法であって、
   酸素雰囲気中でスパッタリングを行うことにより、上記酸化物を生成しながら上記放熱層を形成することを特徴とする熱伝導材の製造方法。