JP2006156727A

JP2006156727A - 放熱板の製造方法

Info

Publication number: JP2006156727A
Application number: JP2004345395A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Tsumura; 哲也津村; Michihiro Miyauchi; 美智博宮内
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】本発明は電子部品を実装した際に、放熱効果が高く、絶縁性を確保する放熱板を提供する目的のものである。
【解決手段】本発明の放熱板の製造方法は、無機フィラー１ｂ，１ｃと熱硬化性樹脂１ａとからなる、絶縁性の混練物１と金属板２とを、真空中で積層することを特徴とするものである。これにより、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１

Description

本発明は無機フィラーと熱硬化性樹脂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解決していた。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、絶縁物には無機の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７を用いて説明する。図７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を介して大気雰囲気中で端から順に押圧し、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、放熱板を作成する。

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含有重量％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ものである。

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と金属板とを真空雰囲気中で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、混練物と金属板とを真空中で積層される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。

図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態１における製造工程の図であり、図２は熱硬化性樹脂に無機フィラーを添加した状態の概念図である。

図１（ａ）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。

無機フィラー１ｂ，１ｃは、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る。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。

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、フィルム３上に所定の厚みに混練物１を積層する。本実施の形態においては０．６ｍｍ厚とした。フィルム３上に混練物１を積層することで、工程間の移送を容易にするものである（工程ａ）。

フィルム３上に混練物１を積層する方法としては、ドクターブレード法、コーター法、押し出し成形法、圧延法などでシート化してもよく、これにより、厚みの均一性を図ることができる。

また、同様にディスペンサー、モーノポンプ、あるいは押し出し成形機などを用いて混練物１を必要量塗布する方法でもよい。これにより、実装する電子部品の間隔に応じて混練物１の厚みを変化させることも可能となり、実装する電子部品の間隔によって必要量の変化する混練物の充填不足をなくすことができる。

図１（ｂ）において、４はローラーであり、金属板２上へ混練物１を積層したものを、フィルム３を介して端から順に押圧し、積層するとともに、この工程は２００００Ｐａ以上５００００Ｐａ以下の圧力の真空雰囲気中において行うものとする（工程ｂ）。

これは、２００００Ｐａ以下では樹脂に内在する空気分が暴露されてしまい、硬化後、突起状のものが発生してしまうためである。５００００Ｐａ以上では空気層除去の効果が低減してしまうためである。

工程ｂを真空中で行うことが、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ため、これを防ぐことができるものである。

なお、このとき図２に示す混練物１の材料温度と粘性係数との相関を示したグラフにあるように、混練物１の粘性が低く、安定な領域にある材料温度５０〜９０℃で行うものとする。これにより、金属板２への積層時に速やかに材料を積層できるものである。

図１（ｃ）に示すように、フィルム３を剥離した後、これに熱を加えて、混練物１に含まれる熱硬化性樹脂を硬化させる（工程ｃ）。

加熱の条件としては熱硬化性樹脂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中の熱硬化性樹脂が硬化し金属板２と一体化した放熱板として使用することができる。

なお、工程ａにおいてフィルム３を用いて混練物１を金属板２へ積層したが、フィルム３を用いずに、混練物１をシート化する、もしくは塗布するなどして直接金属板２へ積層してもよいものとする。これにより、略平面形状でない金属板２などに対しても効率よく積層できるものである。

また、工程ａにおいて用いられる下記無機フィラー１ｂ，１ｃは略球形状で、その直径は０．１〜１００μｍであるが、粒径が小さいほど絶縁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。

混練物１に占める下記無機フィラー１ｂ，１ｃの添加率は、熱伝導率を上げるために、７０〜９５重量％と高濃度に添加している。この無機フィラー１ｂ，１ｃの添加率と熱伝導率との関係を示したものが、図３である。

本実施の形態では、図３に示すように、混練物１に占める無機フィラー１ｂ，１ｃ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１ｂ，１ｃの粒子間の距離が短くなり、混練物１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である。本発明では、この領域を利用することで混練物１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１ｂ，１ｃ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１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１における無機フィラー１ｂ，１ｃの状態について図４により説明する。

本実施の形態では、図４に示すように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中に分散されている。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１ｂの隙間に小さな粒径の無機フィラー１ｃを充填できるので、無機フィラー１ｂ，１ｃを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。

また、工程ｂにおいて、混練物１は必要に応じ複数回積層してもよいものとする。

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５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６は放熱板５を筐体に取り付けた状態の外観斜視図である。

図５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６において、７は図４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５、６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。

（ａ）〜（ｃ）本発明の実施の形態１における放熱板の製造工程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
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

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、前記混練物と、金属板とを真空雰囲気中にて積層して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放熱板の製造方法。
積層工程時の真空雰囲気を２００００Ｐａ以上５００００Ｐａ以下の圧力とする請求項１に記載の放熱板の製造方法。
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、前記混練物からシートを形成するシート形成工程と、前記シートと、金属板とを真空雰囲気中にて積層して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放熱板の製造方法。
シートを前記混練物がドクターブレード法、コーター法、押し出し成形法、圧延法のいずれかでシート化される請求項３に記載の放熱板の製造方法。
シートがフィルム上に貼り付けられて供給されることを特徴とする請求項３記載の放熱板の製造方法。
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、金属板上に真空雰囲気中にて塗布することにより積層して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放熱板の製造方法。