JP2007049053A - 伝熱シート - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝導率がグラファイトフィルムにほぼ匹敵するものでありながら馴染み性が極端には劣らない特性を有する膨張黒鉛シートに着目してこれを改良することにより、良好な熱伝導率は維持しながらも馴染み性を改善して、全体としての熱伝導性能が向上する伝熱シートを提供する。
【解決手段】膨張黒鉛を主原料として成るシート状体２の表面に、膨張黒鉛の密度を下げることで成る低密度部分３が形成されている伝熱シート。低密度部分３は、シート状体２の表面を毛羽立たせることで形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、伝熱シートに係り、詳しくは、ＣＰＵ、発光ダイオード、変圧器、パワートランジスタ、液晶パネル、プラズマディスプレイ等の発熱を伴う電子部品の放熱用として、或いは、電子機器における発熱体又は冷却体に対する効率の良い熱伝動手段として用いられる伝熱シートに関するものである。

電子機器における上記の電子部品は使用に伴って発熱し、その自身の発する熱によって性能低下を来たすことがあるため、一般的には、ヒートシンクや筐体等の放熱体を用いて速やかに放熱させる手段が採られている。この場合、発熱電子部品と放熱体との間には熱伝達のインターフェースとして伝熱シートが介装されることになる。

従来の伝熱シートは、シート状体としてシリコンシートやシリコングリースを用いたもの（特許文献１や特許文献２）や、有機フィルム（ポリイミド）を炭素化したもの、即ち黒鉛化したグラファイトフィルムを用いたもの（特許文献３）が知られている。また、黒鉛を膨張させてから加圧一体化して層状構造を有するシートとした膨張黒鉛シートを所定形状にカットして成るもの（例えば、特許文献４や特許文献５）も知られている。

シリコン系材料による従来の伝熱シートでは、発熱体（発熱電子部品）及び放熱体との馴染み性に優れる利点はあるが、熱伝導性に劣る不利がある。黒鉛化したグラファイトフィルムによるものでは、熱伝導性が大きい（６〜８Ｗ／Ｍ・Ｋ）利点があるが、発熱体及び放熱体等との馴染み性は芳しくない。また、膨張黒鉛シートを用いるものでは、グラファイトフィルムよりは軟質であって馴染み性が幾分向上する点は良いが、発熱体等との面での密着状態を得るには高圧による加圧処理が必要であり、生産設備の点では不利となるものであった。

以上のように、従来では前記三者のいずれの伝熱シートであっても一長一短があり、抜きん出る性能を有する伝熱シートではなかったので、使用目的や使用状況を勘案してそれら三者のものから選択して用いるようにするしかないのが実情であった。
特開平１０−０４０８２３号公報 特開２００２−２２２９０４号公報 特開２００２−３１９６５３号公報 特開平１０−２３１１１１号公報 特開昭６４−０１４１３９号公報

本発明の目的は、熱伝導率がグラファイトフィルムにほぼ匹敵するものでありながら馴染み性が極端には劣らない特性を有する膨張黒鉛シートに着目してこれを改良することにより、良好な熱伝導率は維持しながらも馴染み性を改善して、全体としての熱伝導性能が向上する伝熱シートを提供する点にある。

請求項１に係る発明は、伝熱シートにおいて、膨張黒鉛を主原料として成るシート状体２の表面に、前記膨張黒鉛の密度を下げることで成る低密度部分３が形成されていることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の伝熱シートにおいて、前記低密度部分３は、前記シート状体２の表面を毛羽立たせることで形成されていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の伝熱シートにおいて、前記低密度部分３には軟質樹脂がコーティング又は含浸されていることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の伝熱シートにおいて、前記低密度部分３を有する表面は、発熱体又は冷却体１１、及び／又は放熱体１２に接する面２ａに設定されていることを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の伝熱シートにおいて、前記シート状体２が、複数の薄膜シート材１を積層することで構成されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、膨張黒鉛で成るシート状体の表面に、膨張黒鉛の密度を下げることで成る低密度部分を形成したものであり、低密度部分は、そうでない部分よりも追従変形がし易いから、発熱体（又は放熱体）に押付けられたときの馴染み性が改善され、単に膨張黒鉛が発熱体（又は放熱体）に接する従来のものに比べて、より熱の伝達が行われ易い状態を得ることができる。その結果、熱伝導率がグラファイトフィルムにほぼ匹敵するものでありながら馴染み性が極端には劣らない特性を有する膨張黒鉛シートに着目してこれを改良することにより、良好な熱伝導率は維持しながらも馴染み性を改善することができて、全体としての熱伝導性能が向上する伝熱シートを提供することができる。

低密度部分は、請求項２のように、シート状体の表面を毛羽立たせることで比較的容易に形成することができるとともに、請求項３のように、その毛羽立っているところに軟質樹脂をコーティング又は含浸すれば、発熱体（又は放熱体）との馴染み性をさらに改善すること、即ち熱伝導効率をさらに改善することが可能になる。

また、請求項４のように、低密度部分を発熱体（又は放熱体）に接する面に設定すれば、必要となる箇所以外に低密度部分を作成する無駄を無くせて好都合であるとともに、請求項５のように、複数の薄膜シート材の積層によってシート状体を形成することが、膨張黒鉛の特性を有効に活かすに適した構造とすることができる。

以下に、本発明による伝熱シートの実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１〜図４は実施例１による伝熱シート関係の図であり、図５，６は実施例２による伝熱シート関係の図である。尚、各図における毛羽立て部分（低密度部分３）は誇張して描いてある。

〔実施例１〕
実施例１による伝熱シートＡ１を図１に示す。この伝熱シートＡは、膨張黒鉛を主原料として成る薄膜シート材１の多数を上下に積層してシート状体２が形成されるとともに、シート状体２の表面（上表面）に、膨張黒鉛の密度を下げることで成る低密度部分３を形成して構成されている。

ここで、膨張黒鉛は、各種シール材等の構成材料として一般的に用いられていた四弗化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ、ＰＦＡ等）やゴムなどに比べて耐熱性や熱伝導性に優れており、近年において多用されつつある公知の材料である。また、膨張黒鉛シートは、膨張させた黒鉛粒子をプレス成形やロール成形により加圧して拡開した蛇腹状の層間を再び密着させることで、膨張黒鉛粒子を相互に自己接着してシート状に製造されるものである。

低密度部分３は、図１，図２に示すように、シート状体２の表面をブラスト処理等によって毛羽立たせることで形成されており、シート状体２の上面２ａに包含される平面視で矩形の範囲に設定されている。その低密度部分３の大きさは、後述する発熱体１１の底面１１ａとほぼ同じ大きさの矩形形状に設定されている。

実施例１の伝熱シートＡの使用例を図３に示す。図３において、１１はパワートランジスタ等の発熱体で、１２はヒートシンク等の放熱体であり、これら発熱体１１と放熱体１２との上下間に伝熱シートＡが介装されている。図４に示すように、低密度部分３は丁度発熱体１１の底面１１ａが被さる形状及び大きさの範囲に形成されており、発熱体１１の熱を効率良く伝熱シートＡに伝達できるように構成されている。

このように膨張黒鉛シートに形成される低密度部分は、低密度でない膨張黒鉛に比べて低圧で発熱体１１（又は放熱体１２）に密着させることが可能である。従って、シート状体と発熱体（又は放熱体）とを密着（接着）させる際の押圧力が従来よりも低圧なものでで良く、その分は生産設備の小型化やコストダウンが可能になるとか、或いは、シート状体と発熱体（又は放熱体）との馴染み性がより改善されて熱伝導率が向上するといった利点を得ることができる。

尚、低密度部分３に、低分子量のシリコーン樹脂を含浸させて、毛羽立ちを固定させる構成としても良く、そうすれば接着界面（低密度部分３と発熱対象１１等との接触面））の抵抗をさらに小さくすることが可能となる利点がある。また、そのシリコーン樹脂含浸の毛羽立ちを有する低密度部分３の表面にさらにシリコーン樹脂のコーティングを行っても良い。このように膨張黒鉛（低密度部分３）と軟質樹脂とを組合わせて用いることにより、発熱体（又は放熱体）との接触圧を小さくできてその分の生産設備のコンパクト化や費用のコストダウンが図れるとか、馴染め性が更に改善されて熱伝導効率が向上するといった作用、効果を得ることができる。

ここで参考データを示す。伝熱シートにおける厚み方向の熱伝導率の測定データは、従来品（シリコンゴム）は０．７Ｗ／ｍ・Ｋであり、膨張黒鉛から成る従来品２は５．０Ｗ／ｍ・Ｋであり、実施例１によるものでは７．３Ｗ／ｍ・Ｋであった。つまり、毛羽立たせて低密度化することにより、熱伝導率が２．３Ｗ／ｍ・Ｋ向上（４６％向上）しているのである。尚、上記データを取るための各試料片の厚みは０．１２５ｍｍに設定されている。

〔実施例２〕
実施例２による伝熱シートＡ２を図５に示す。この伝熱シートＡ２は、低密度部分３がシート状体２の上面２ａの全部に亘って形成されている点以外は実施例１による伝熱シートＡ１と同じである。実施例２の伝熱シートＡ２は、例えば図６に示すように、発熱体１１（又は放熱体１２）が伝熱シートＡ２の表面を包含する形状及び大きさを有する場合に好適なものである。

〔実施例３〕
図示は省略する（図２参照））が、シート状体２の表裏の双方に低密度部分３が形成されたものであり、要は実施例１による伝熱シートＡ１のシート状体２の底面全体が低密度部分３に形成された構造のものである。この場合の使用例は、見た目には図２に示すものと同じであり、このようにシート状体２の表裏の双方に低密度部分３を設ければ、伝熱シートＡ３と発熱体１１、及び伝熱シートＡ３と放熱体１２との双方の熱の伝導効率が改善され、より一層伝導効率に優れる熱伝導システムを構築することができる。

実施例１による伝熱シートを示す斜視図 図１の伝熱シートの断面図 図１の伝熱シートの使用例を示す斜視図 図３の断面図 実施例２による伝熱シートを示す斜視図 図５の伝熱シートの使用例を示す斜視図

符号の説明

１ 薄膜シート材
２ シート状体
２ａ 発熱体又は冷却体及び／又は放熱体に接する面
３ 低密度部分
１１ 発熱体（冷却体）
１２ 放熱体
Ａ１，Ａ２ 伝熱シート

Claims (5)

1. 膨張黒鉛を主原料として成るシート状体の表面に、前記膨張黒鉛の密度を下げることで成る低密度部分が形成されている伝熱シート。
2. 前記低密度部分は、前記シート状体の表面を毛羽立たせることで形成されている請求項１に記載の伝熱シート。
3. 前記低密度部分には軟質樹脂がコーティング又は含浸されている請求項２に記載の伝熱シート。
4. 前記低密度部分を有する表面は、発熱体又は冷却体及び／又は放熱体に接する面に設定されている請求項１〜３の何れか一項に記載の伝熱シート。
5. 前記シート状体が、複数の薄膜シート材を積層することで構成されている請求項１〜４の何れか一項に記載の伝熱シート。
   

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