JP2007287950A

JP2007287950A - フレキシブル放熱フィルム

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Publication number: JP2007287950A
Application number: JP2006114051A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Shimizu; 一彦清水; Takashi Koiso; 隆小磯; Ryuichi Ohashi; 隆一大橋; Kiyoshi Nakazato; 京之中里; Shigeru Kurihara; 繁栗原; Joji Chigira; 千吉良城士; Mitsukazu Ueno; 苗和上野
Original assignee: Oki Electric Cable Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Cable Co Ltd
Priority date: 2006-04-18
Filing date: 2006-04-18
Publication date: 2007-11-01
Anticipated expiration: 2026-04-18
Also published as: JP5193431B2

Abstract

【課題】従来の放熱板やヒートシンクは、放熱効果を高めるには、その表面積を増やすことが必要である。表面積を増やすことは、体積増加及び重量増加につながり、実装体積が大きくなると共に可撓性に乏しくなる。これに対して、放熱フィンを薄くすれば、表面積を増やしても体積増加及び重量増加を抑えられるが、薄くなればコシがなく、フィン自身での形状保持が難しく取扱い(ハンドリング)も困難であるという課題があった。
【解決手段】薄くて軽いだけでなく、適度の剛性（コシ）を有し、形状の保持が可能となる。折り曲げ等により立体形状の保持が可能なため、熱伝導と熱放射と対流の多様な熱の伝播経路とその相乗効果がはかられ、放熱効果を総合的に高めたフレキシブルな放熱フィルムを提供することを目的とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として、半導体等の各種電子部品や電子・電気製品の冷却に用いられ、薄くて軽いだけでなく、適度の剛性（コシ）を有し、折り曲げ等の立体形状の保持が可能になる。これにより、熱伝導と熱放射と対流等の多様な熱の伝播経路とその相乗効果をはかることが可能になり、薄型化実装・軽量化と形状保持等の実装設計が容易で、放熱効果を総合的に高めたフレキシブルな放熱フィルムに関する。

現在、電子部品の高集積化、高速化による発熱密度は、益々増大する傾向にあり、これらを用いる電子機器の熱対策は、より重要性を増してきている。従来の熱対策の代表的な例としては、図４（イ）に示すようにフレキシブル配線板に放熱板１３′を取り付ける方法（例えば、特許文献１参照。）や図４（ロ）に示すようにフレキシブル配線板にヒートシンク１６′を取り付ける（例えば、特許文献２参照。）等の方法があった。

特開平１０−２２９２５５号公報特開平１１−１９５７３６号公報

解決しようとする課題は、従来の放熱板やヒートシンクは、放熱効果を高めるには、その表面積を増やすことが必要である。表面積を増やすことは、体積増加及び重量増加につながり、実装体積が大きくなると共に可撓性に乏しくなる。これに対して、放熱フィンを薄くすれば、表面積を増やしても体積増加及び重量増加を抑えられるが、薄くなればコシがなく、フィン自身での形状保持が難しく取扱い(ハンドリング)も困難であるという課題があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、薄くて軽いだけでなく、適度の剛性（コシ）を有し、形状の保持が可能となる。折り曲げ等により立体形状の保持が可能なため、熱伝導と熱放射と対流の多様な熱の伝播経路とその相乗効果がはかられ、放熱効果を総合的に高めたフレキシブルな放熱フィルムを提供することを目的とする。

本発明のフレキシブル放熱フィルムは、
１．体積、重量を増やすことなく表面積が増え、放熱効果が高い。
２．極薄であるが、自身での形状保持性に優れ、取扱いが容易である。
３．極薄であるが、適度な剛性があり、折り曲げて立体形状の形成が可能である。
４．多様な熱の伝播経路(熱伝導＋熱放射＋対流）とその相乗効果がはかられ、放熱効果を総合的に高めることが可能になる。
という利点があるので、その工業的価値は大なるものがある。

以下、本発明のフレキシブル放熱フィルム１の実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。

始めに、本発明の第１実施例のフレキシブル放熱フィルム１Ａは、図１（イ）に示すように、粘着材層５の上に、可撓性を有する絶縁層４を施し、更に、可撓性を有する熱伝導層３を施し、最後に、前記熱伝導層より熱放射率が高くて可撓性と絶縁性を有する熱放射層２を形成したもので、シート状フィルム１Ａの総厚を、０．１５ｍｍ以下、最小曲げ半径Ｒを1ｍｍ以下にしたシート状フィルム１Ａを使用して放熱し、かつ、そのシート状フィルム１Ａを形状保持して、放熱するフレキシブル放熱フィルムである。そのシート状フィルム１Ａの総厚を、０．１５ｍｍ以下としたが、好ましくは、０．１０〜０．１３ｍｍである。このように、シート状フィルム１Ａは、主として、可撓性を有する絶縁層が支持体となって、薄くて可撓性と適度な剛性（コシ）を有するので、折り曲げ構造や環状体構造が可能になり、熱伝導や熱放射や対流により、放熱効果を総合的に高めることが可能になる。ここで、絶縁層４は、ポリイミド、エポキシ樹脂等の良好な可撓性と電気絶縁材からなる薄板またはフィルムである。次に、熱伝導層３は、銅またはその合金、アルミニウムまたはその合金やその他の熱伝導性が良好な金属材料からなる薄板または箔を使用した。従って、比較的小さな力で撓ませることができて可撓性を有する。更に、熱放射層２は、熱を赤外線およびもしくは遠赤外線に変換して放射して熱放射効果を有し、かつ、可撓性を有する。具体的には、樹脂系材料や酸化膜や黒色めっき（Ｎｉ）等を使用した。粘着材層５としては、熱伝導性接着材または熱伝導性物質を混合した熱伝導性接着剤を絶縁層４の外側の面の一部または全部に貼り付けまたは塗布したものである。ここで、粘着材層の代わりに接着剤を使用しても構わない。

次に、本発明の第２実施例のフレキシブル放熱フィルムは、図に示さないが、第１実施例において、前記熱伝導層３が、電気導電性を有するフレキシブル放熱フィルムである。このように、熱伝導層３を銅等の電気導電性を有する材料にすることにより、電磁シールド部材としても使用することが可能になる。

本発明の第３実施例のフレキシブル放熱フィルムも、図に示さないが、第１実施例において、熱伝導層の厚さが、１２〜５０μｍであるフレキシブル放熱フィルムである。

本発明の第４実施例のフレキシブル放熱フィルムも、図に示さないが、第１実施例において、絶縁層の厚さが、５〜５０μｍであるフレキシブル放熱フィルムである。その絶縁層の厚さを、５〜５０μｍとしたが、好ましくは、５〜３５μｍである。

本発明の第５実施例のフレキシブル放熱フィルムも、図に示さないが、第１実施例において、熱放射層の厚さが、５〜３０μｍであるフレキシブル放熱フィルムである。

本発明の第６実施例も、図に示さないが、第１実施例において、熱放射層の遠赤外線放射率が、０．８０以上であるフレキシブル放熱フィルムである。本発明の熱放射層としての樹脂系材料としては、代表的なポリエステル系ポリマー等の材料を使用した。なお、熱放射層は、上記の例に限るものではなく、熱放射効果及び可撓性を有する材料であって切断可能な層を形成することができるものであればどのようなものであっても良い。

本発明の第７実施例は、図１（ロ）に示すように、第１実施例から第６実施例の放熱フィルムの両端に係合部９とスリット８を形成し、係合することにより、環状体構造１Ｂにして放熱するフレキシブル放熱フィルムである。このように、薄くて適度なコシがあるため、係合部をスリットに挿入して接合でき、環状構造の形成が容易に可能になる。

本発明の第８実施例は、図１（ハ）に示すように、第１実施例から第６実施例の放熱フィルムを２枚に重ね、２重環状体構造にして放熱するフレキシブル放熱フィルムである。フィルムが薄いので、２重にしても厚くならず、環状形状の形成が可能である。これにより、熱伝導層と熱放射層の面積を大きくすることが可能になる。

以上の本発明品と従来品について、評価試験を行った。評価試験の試験条件と評価試験装置の説明図を表１（イ）に示す。次に、評価試験に用いた評価試料の一覧表を表１（ロ）に示す。評価試料としては、基準品｛発熱体のみ（放熱部品なし）｝と従来のヒートシンクと本発明品１Ａ（第１実施例のシート状構造）と本発明品１Ｂ（第７実施例の環状体構造）と本発明品１Ｃ（第８実施例の２重環状体構造）を使用した。次に、本発明品１Ａ、１Ｂ、１Ｃとヒートシンクについての放熱効果比較データを表１（ハ）に、そのグラフを下記の表１（ニ）に示す。

この表から、明らかなように、本発明品は、従来のヒートシンクより、良好な結果を示し、本発明品の場合、２重環状体構造、環状体構造、シート状構造の順で良好な放熱効果が得られている。

次に、本発明の第９実施例として、図２（イ）〜（ニ）に示すように、第１実施例から第６実施例の放熱フィルムを折り曲げ、立体形状構造にして放熱するフレキシブル放熱フィルムである。図２に、直角折り曲げ構造、三角状折り曲げ構造、箱型折り曲げ構造、Ｚ字状折り曲げ構造の代表的な４種類の折り曲げ構造を示す。図から明らかなように、薄くて、コシがあるので、立体形状構造の形成が可能になり、熱伝導層及び熱放射層の面積を増加させると共に、周囲の空気対流により、放熱効果が向上する。次に、本発明の立体形状構造１Ｄ−１(直角折り曲げ構造)と１Ｄ−２(三角状折り曲げ構造)と１Ｄ−３(箱型折り曲げ構造)と本発明の１Ａ（シート状構造）について、評価試験｛試験方法は、前述の表１に準拠。サンプルサイズ：３０×（４５・９０・９０・３０）×０．１３ｍｍ）｝を行った結果、１Ａ（シート状構造）の温度低減効果が、４０％、１Ｄ−１（直角折り曲げ構造）の温度低減効果が、４４％、１Ｄ−２（三角状折り曲げ構造）の温度低減効果が、４５％、１Ｄ−３（箱型折り曲げ構造）の温度低減効果が、４９％になり、後になる程、良好な放熱効果が得られた。

本発明の第１０実施例は、図２（ホ）に示すように、第１実施例から第６実施例の放熱フィルムを渦巻き形状構造にして放熱するフレキシブル放熱フィルムである。熱伝導層及び熱放射層の面積を大幅に増加し、放熱効果が向上する。次に、基準品と渦巻き形状構造についての評価試験（試験方法は、前記の表１に準拠。サンプルサイズ：３０×２５０×０．１３ｍｍ）を行った結果、基準品に対して、渦巻き形状構造の温度低減効果は４１％となり良好な結果を示した。

本発明の第１１実施例は、図２（ヘ）に示すように、第１実施例から第６実施例の放熱フィルムの熱伝導層および熱放射層に表面積を増やすためにエンボス（突起）１１形状構造にして放熱するフレキシブル放熱フィルムである。表面積を大きくすることにより、放熱効果が向上する。エンボス有り無しについて評価試験（試験方法は、前記の表１に準拠。サンプルサイズ：３０×３０×０．１３ｍｍ：エンボスサイズ１Φ×１ｍｍピッチ）を行った結果は、エンボスなしの温度低減効果が、４０％に対し、エンボス有りが、４２％であり、エンボス有りの方が良好な結果が得られた。

本発明の第１２実施例は、図３（イ）に示すように、第１実施例から第６実施例の放熱フィルムに孔部１２を設け、対流により、放熱するフレキシブル放熱フィルムである。孔部１２を設けることにより、熱伝導、熱放射だけでなく、対流による放熱も加わって、相乗効果が得られので、放熱効果を総合的に高めることが可能になる。孔部の有り無しについての評価試験（試験方法は、前記の表１に準拠。サンプルサイズ：３０×３０×０．１３ｍｍ：孔部をフィルムの中央部に形成。孔部サイズ：Φ３×２）の結果は、孔部なしの温度低減結果が、４０％であるのに対し、孔部有りが、４３％で放熱効果が得られていることがわかった。

本発明の第１３実施例は、図３（ロ）に示すように、第１実施例から第６実施例の放熱フィルムに開口部１３を設けることにより、他の部品と干渉することなく、発熱体への取り付けが可能になる。

本発明の第１４実施例は、図に示さないが、第１実施例から第６実施例の放熱フィルムの熱伝導層に回路パターンを施した構造にして放熱するフレキシブル放熱フィルムである。このように、熱伝導層をベタ構造にしないで、回路パターンにしても一向に差し支えない。

本発明の第１５実施例は、図３（ハ）に示すように、第１実施例から第６実施例の放熱フィルムを、発熱体に取付けられた他の放熱部品（例えば、ヒートシンク）と前記発熱体を収納する筐体１５に接続した構造にして放熱するフレキシブル放熱フィルムである。このように、発熱体に取り付けられた他の放熱部品に取り付けることにより、更に放熱効果が向上する。

これまで、本発明のフレキシブル放熱フィルムは、代表的な例を挙げて説明したが、折り曲げ形状や孔の数や形状等多少の変形があっても構わず、各種の変形例を含むものであることはいうまでもない。

（イ）は、本発明の第１実施例１Ａで、シート状フレキシブル放熱フィルムの断面構造図と放熱メカニズムの説明図、（ロ）は、本発明の第７実施例１Ｂで、環状体構造１Ｂの形成方法を示す説明図と環状体構造１Ｂの断面図、（ハ）は、本発明の第８実施例１Ｃで、２重環状体構造の断面図である。（イ）は、本発明の第９実施例１Ｄ−１で、直角折り曲げ構造の断面図、（ロ）は、本発明の第９実施例１Ｄ−２で、三角状折り曲げ構造の断面図、（ハ）は、本発明の第９実施例１Ｄ−３で、箱型折り曲げ構造の断面図、（ニ）は、本発明の第９実施例１Ｄ−４で、Ｚ字状折り曲げ構造の断面図、（ホ）は、本発明の第１０実施例１Ｅで、渦巻き形状構造の断面図、（ヘ）は、本発明の第１１実施例１Ｆで、エンボス（突起）形状構造の断面図である。（イ）は、本発明の第１２実施例１Ｇで、孔部１２を施した構造の平面図と断面図、（ロ）は、本発明の第１３実施例１Ｈで、開口部１３を施した構造の平面図と使用状態の断面図、（ハ）は、本発明の第１５実施例１Ｊで、発熱体６に取り付けられた他の放熱体と前記発熱体を収納する筐体１５に接続した構造の断面図である。（イ）は、従来の放熱板１３´により、放熱する場合の実施例、（ロ）は、従来のヒートシンク１６´により、放熱する場合の実施例である。

符号の説明

１Ａ本発明のシート状フレキシブル放熱フィルム
１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｊ
本発明のフレキシブル放熱フィルム
２熱放射層
３熱伝導層
４絶縁層
５粘着材層
６発熱体
７基板
８スリット
９係合部
10 接合部
11 エンボス（突起）
12 孔部
13 開口部
14 発熱体以外の部品
15 筐体
16 ヒートシンク
１′ 従来のＦＰＣの放熱構造
６′ 発熱体
12′ ＦＰＣ
13′ 放熱板
16′ ヒートシンク

Claims

粘着材層の上に、可撓性を有する絶縁層を施し、更に、可撓性を有する熱伝導層を施し、最後に、前記熱伝導層より熱放射率が高くて可撓性と絶縁性を有する熱放射層を形成したもので、シート状フィルムの総厚を、０．１５ｍｍ以下、最小曲げ半径Ｒを1ｍｍ以下にしたシート状フィルムを使用して放熱し、かつ、そのシート状フィルムを形状保持して、放熱することを特徴とするフレキシブル放熱フィルム。
請求項１において、前記熱伝導層が、電気導電性を有することを特徴とするフレキシブル放熱フィルム。
請求項１において、熱伝導層の厚さが、１２〜５０μｍであることを特徴とするフレキシブル放熱フィルム。
請求項１において、絶縁層の厚さが、５〜５０μｍであることを特徴とするフレキシブル放熱フィルム。
請求項１において、熱放射層の厚さが、５〜３０μｍであることを特徴とするフレキシブル放熱フィルム。
請求項１において、熱放射層の遠赤外線放射率が、０．８０以上であることを特徴とするフレキシブル放熱フィルム。
請求項１から請求項６の放熱フィルムの両端に係合部とスリットを形成し、係合することにより、環状体構造にして放熱することを特徴とするフレキシブル放熱フィルム。
請求項１から請求項６の放熱フィルムを２枚に重ね、２重環状体構造にして放熱することを特徴とするフレキシブル放熱フィルム。
請求項１から請求項６の放熱フィルムを折り曲げ、立体形状構造にして放熱することを特徴とするフレキシブル放熱フィルム。
請求項１から請求項６の放熱フィルムを渦巻き形状構造にして放熱することを特徴とするフレキシブル放熱フィルム。
請求項１から請求項６の放熱フィルムの熱伝導層および熱放射層に表面積を増やすためにエンボス（突起）形状構造にして放熱することを特徴とするフレキシブル放熱フィルム。
請求項１から請求項６の放熱フィルムに孔部を設け、対流により、放熱することを特徴とするフレキシブル放熱フィルム。
請求項１から請求項６の放熱フィルムに開口部を設け、他の部品と干渉することなく、放熱することを特徴とするフレキシブル放熱フィルム。
請求項１から請求項６の放熱フィルムの熱伝導層に回路パターンを施した構造にして放熱することを特徴とするフレキシブル放熱フィルム。
請求項１から請求項６の放熱フィルムを、発熱体に取付けられた他の放熱部品と前記発熱体を収納する筐体に接続した構造にして放熱することを特徴とするフレキシブル放熱フィルム。