JP2006156718A - 放熱板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】硬化前の混練物は金属板に接する面の平坦度は高いとはいえないので放熱板における混練物と金属板との界面での空気層の発生あるいは残存してしまうものを防止する目的のものである。
【解決手段】絶縁性の混練物１を金属板２に線接触させながら伸展させ、積層することを特徴とするものである。これにより、混練物１と金属板２との界面での空気層の発生あるいは残存を防止できるので接合強度が高まり、発熱電子部品からの熱を混練物１を介して効率よく金属板２に伝達し、放熱することができるものである。
【選択図】図３

Description

本発明は無機フィラーと熱硬化性樹脂との混練物により放熱性を向上させた放熱板の製造方法に関するものである。

近年、電子機器の高性能化、小型化の要求に従い、電子部品の高機能化と電子部品の高密度実装が必要になり、機器内における電子部品の温度上昇が大きな課題となってきている。

その結果、電子部品の放熱を高める方法が重要となってきており、電子部品の放熱性を高める技術として、電子部品の背面にアルミ製放熱板を実装し、電子部品の背面から熱を拡散する方式が知られていたが、この方式では、大電流が流れる電子部品に対しては絶縁が保てないという課題がさらにあった。

そこで、従来は、無機フィラーと熱硬化性樹脂とからなる絶縁性の混練物を金属板上に積層することによって前記課題を有していた。金属板上に絶縁物が形成されているため、この絶縁層上に直接電子部品を取り付けることができ、また、絶縁物には無機フィラーが高濃度に入っているため絶縁物の熱伝導率が大きくなっており、電子部品で発生した熱を効率よく金属板に伝達でき、電子部品の温度上昇を抑えることができるものであった。

この放熱板の製造方法を、図８を用いて説明する。図８において、１０１は無機フィラーと熱硬化性樹脂とからなる絶縁性の混練物であり、ＰＥＴフィルム１０３上に所定の厚みにシート化されている。この混練物１０１の端部をアルミニウムなどからなる金属板１０２上に面接触状態で積層する。このとき、金属板１０２に対して、ローラー１０４を用い、混練物１０１をＰＥＴフィルム１０３を介して面接触状態の端から順に押圧し、積層する。さらに、ＰＥＴフィルム１０３を剥離した後、これに熱を加えて熱硬化性樹脂を硬化させ、放熱板を作製する。

尚、この先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００３−１５２１４３号公報

しかしながら、前記従来の製造方法において、混練物１０１を金属板１０２に積層する際、混練物１０１は硬化する前の状態であるため、金属板１０２に接する面の平坦度は高いとはいえず、この状態で積層すると混練物１０１と金属板１０２の間に空気層（ボイド）が発生し、残存してしまう場合があった。

すなわち、熱伝導率を高めるためには混練物１０１に含まれる無機フィラーは高濃度にする方がよいが、砂のような粒状をしている無機フィラーの添加率を高くすると、混練物１０１の粘性が高くなり、平面にしたときの面の平坦度が低下してしまい、微細な凹凸も発生し、空気層発生の原因となってしまうものであった。

この空気層は、熱バリアとなり、混練物１０１の熱伝導率を著しく低下させ、リフロー炉などに通過させて加熱した場合には、空気層に含有する水分が温度上昇で水蒸気となって膨張し、金属板１０２から混練物１０１を剥離させてしまうという問題点を有していた。

したがって、放熱板において、混練物１０１と金属板１０２の間に空気層が存在すると放熱特性が大きく低下してしまうのである。

本発明は、前記課題を解決しようとするものであり、放熱板における混練物と金属板との界面での空気層の発生あるいは残存を防止することを目的とするものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明の製造方法は無機フィラーと熱硬化性樹脂とからなる絶縁性の混練物を金属板に線接触させながら伸展させ、積層することを特徴とするものである。

混練物に含まれる絶縁物には無機フィラーが高濃度に混合されているため、絶縁物の熱伝導率が高くなっており、電子部品で発生した熱を無機フィラーによって速やかに放熱することができる。

また、混練物と金属板との間に空気層が介在しないので接合強度が高まり、混練物からの熱を効率よく金属板に伝達し、放熱することができるものである。

したがって、本発明の製造法によれば、熱伝導率の高い放熱板を製造することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における放熱板の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

まず、図１は本発明の実施の形態１に用いられる混練物に占める無機フィラーの添加率と混練物の熱伝導率の相関を表したグラフである。実施の形態では、図１に示すように、混練物に占める無機フィラーの添加率を上げていくと熱伝導率も比例して増加していく。これが添加率７０重量％を超えると、熱伝導率は急激に増加することから、添加率は７０重量％以上とする。これは、ある添加率を超えると、添加される熱伝導性のよい無機フィラーの粒子間の距離が短くなり、混練物としての熱伝導率が急に高くなる領域が存在するということが考えられる。本発明では、この領域を利用することで混練物の熱伝導率を高くすることができるというものである。

無機フィラーの添加率をさらに上げていくと、熱伝導率は増加するが、９５重量％を超えると、混練物として形状を保持できなくなってしまうため、添加率は７０〜９５重量％とするものである。

次に、混練物における無機フィラーの状態について図２により説明する。

図２は本発明の実施の形態１に用いられる混練物の模式図である。

図２において、１は無機フィラーと熱硬化性樹脂とからなる絶縁性の混練物であり、混練物１に占める下記無機フィラー１ｂ，１ｃは７０〜９５重量％であるものとする。

本実施の形態では混練物１に占める無機フィラー１ｂ，１ｃの添加率を９０重量％とした。１ａはエポキシ樹脂、フェノール樹脂およびシアネート樹脂の内、少なくとも１種類の樹脂を含んでいる熱硬化性樹脂であり、これらの樹脂は耐熱性や電気絶縁性に優れている。１ｂは粒径３μｍのＡｌ₂Ｏ₃製の無機フィラーであり、１ｃは粒径１２μｍのＡｌ₂Ｏ₃製の無機フィラーであり、これら２種類を混合し熱硬化性樹脂１ａ中に分散させている。この大小２種類の粒径の無機フィラー１ｂ，１ｃを用いることによって、大きな粒径の無機フィラー１ｃの隙間に小さな粒径の無機フィラー１ｂを充填できるので、無機フィラーとして９０重量％近くまで高濃度に充填できるものである。この場合、混練物１の熱伝導率は３Ｗ／ｍＫ程度となる。

無機フィラー１ｂ，１ｃとして、本実施の形態ではＡｌ₂Ｏ₃製としたが、Ａｌ₂Ｏ₃，ＭｇＯ，ＳｉＯ₂，ＢＮおよびＡｌＮから選ばれる少なくとも一つを含んでいればよい。これらの無機フィラーを用いると何れのものも放熱性が優れ、特に、ＭｇＯを用いると線膨張係数を大きくでき、ＳｉＯ₂を用いると誘電率を小さくでき、ＢＮを用いると線膨張係数を小さくできる。

ここに用いられる無機フィラー１ｂ，１ｃは略球形状で、その直径は０．１〜１００μｍであるが、粒径が小さいほど熱硬化性樹脂への添加率を向上でき、粒径の大きいものほど放熱性に優れる。

図３は本発明の実施の形態１における製造工程の斜視図であり、図４は本発明の実施の形態１によって得られる放熱板の斜視図である。

図３において、２はアルミニウム、銅またはそれらを主成分とする合金からなる長方形の金属板である。３はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などからなるフィルムであり、４はローラーであり、１ｄは混練物１における金属板２との線接触部分である。

図４において、５は完成後の放熱板である。

まず、混練物１を図３のごとく金属板２に線接触部分１ｄのみで接触するように配置する。このとき線接触部分１ｄの軸は金属板２の長辺と略平行となるように配置する。本実施の形態では混練物１を略円柱状にし、金属板２がこの略円柱状の混練物１と線接触するように配置した。

次に、ローラー４によってフィルム３を介し、混練物１を端から順に押圧し、これにより混練物１を金属板２上に伸展させ、図４のごとく貼り合わせる。このとき、図５に示すように材料の温度は混練物１の粘性が低く、安定な領域になる材料温度５０〜９０℃で伸展させることが作業効率の向上となる。本実施の形態では７５℃とした。

このとき、金属板２に予め混練物１が硬化しない程度に混練物１の材料温度以上の予熱を与えておくものとする。本実施の形態では８０℃とした。これによって、混練物１と金属板２の接合強度が向上するものである。

その後、図４のごとくフィルム３を剥離し、次に加熱して混練物１に含まれる熱硬化性樹脂１ａを硬化させる。このときの加熱の条件として熱硬化性樹脂１ａが完全硬化するまでとし、１００〜２００℃で１〜６時間行う。本実施の形態では１７０℃で３時間加熱した。これにより、混練物１が硬化し、図４に示すような金属板２と一体化した放熱板５となるものである。

混練物１を金属板２に線接触部分１ｄのみで接触するように配置し、伸展させて貼り合わせることが、本発明における特徴である。これは本実施の形態における無機フィラーは砂のような粒状をしているので、混練物１に含まれる無機フィラー１ｂ，１ｃが９０重量％と高濃度であると、フィルム３上で平面にした混練物１の面としての平坦度を低くしてしまい、微細な凹凸となり、この混練物１を金属板２上へ積層する際に空気層を噛み込んでボイドが発生してしまうものに対し、曲面を有する混練物１と平面の金属板２との接触を最低限の線接触部分１ｄのみにし、その線接触部分１ｄを徐々に広げ、平面にすることでボイドの発生を防ぐものである。このとき、線接触部分１ｄの軸を金属板２の長辺と略平行にすることで効率よく混練物１が伸展していくものである。

なお、ローラー４による押圧の工程においてフィルム３を用いたが、フィルム３を用いずに直接混練物１を押圧してもよいものとする。フィルム３を用いることで、ローラー４への混練物１の付着防止や次工程まで放熱板５の包装の機能を果たすことができるものである。

上記のようにして、得られた放熱板５の利用例について説明する。

図６は電子部品が実装された状態の放熱板５の外観斜視図であり、図７は放熱板５を筐
体の一部に取り付けた状態の外観斜視図である。

図６において、５は金属板２上に混練物１を積層し、混練物１に含まれる熱硬化性樹脂を硬化させた放熱板であり、放熱板５上に電子部品６を載置している。電子部品６からは上部に向かって、端子６ａが取り出されている。

図７において、７は図６の放熱板５を取り付ける筐体の一部である。

本実施の形態によれば、放熱板５上で電子部品６を近接して並べることが可能となり、配線距離を短くすることができる。このことにより、配線インピーダンスが小さくなり、配線上の損失を少なくすることができる。

また、電源の発熱の主要部品である電子部品６を放熱板５上に図６，７のごとく実装することで、電源全体の発熱も抑えることができ、結果として電源の小型化と、電子部品の小型化が可能となるものである。

以上のように、本発明によると熱伝導率の高い放熱板を製造することが可能となるので、電子部品を実装した際に、放熱効果が高くなるものである。

本発明の実施の形態１における混練物１の無機フィラー１ｂ，１ｃの添加率と熱伝導率の相関グラフ 本発明の実施の形態１における混練物１中の無機フィラーと熱硬化性樹脂の模式図 本発明の実施の形態１における放熱板の製造方法の斜視図 本発明の実施の形態１における放熱板の斜視図 本発明の実施の形態１における混練物１の材料温度と粘性係数の相関グラフ 本発明を利用した放熱板の外観斜視図 本発明を利用した筐体の外観斜視図 従来の放熱板の製造概要図

符号の説明

１ 混練物
１ａ 熱硬化性樹脂
１ｂ 粒径３μｍの無機フィラー
１ｃ 粒径１２μｍの無機フィラー
１ｄ 線接触部分
２ 金属板
３ フィルム
４ ローラー
５ 放熱板
６ 電子部品
６ａ 端子
７ 筐体

Claims (5)

1. 無機フィラーと熱硬化性樹脂とからなる絶縁性の混練物であって、前記無機フィラーは前記混練物の７０〜９５重量％とし、前記混練物を金属板に貼り付けて積層し、必要形状に加工する積層工程と、前記熱硬化性樹脂を硬化させる硬化工程からなる方法において、前記混練物を前記金属板へ貼り付ける際に、まず前記混練物を前記金属板に線接触させて配置し、押さえながら伸展させ、貼り合わせることを特徴とする放熱板の製造方法。
2. 積層工程時に混練物の線接触の軸を前記金属板の長辺と平行にすることを特徴とする請求項１に記載の放熱板の製造方法。
3. 積層工程時に混練物の上にフィルムを載せ伸展させることを特徴とする請求項１に記載の放熱板の製造方法。
4. 積層工程時に混練物を伸展させる際、混練物温度を５０〜９０℃とし、前記混練物に接触していない金属板の温度を５０〜９０℃の範囲で、前記混練物の温度以上とすることを特徴とする請求項１に記載の放熱板の製造方法。
5. 無機フィラーと熱硬化性樹脂とからなる絶縁性の混練物であって、前記無機フィラーは前記混練物の７０〜９５重量％とし、前記混練物を金属板に貼り付けて積層し、必要形状に加工する積層工程と、前記熱硬化性樹脂を硬化させる硬化工程からなる方法において、前記混練物を前記金属板へ貼り付ける際に、前記混練物を略円柱状にし、前記金属板が前記略円柱の接平面となるように線接触させて配置し、押さえながら伸展させ、貼り合わせることを特徴とする放熱板の製造方法。

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