JP2010027677A - 電磁波抑制放熱シート - Google Patents

Abstract

【課題】高透磁率で低硬度、且つ高熱伝導率を備え、ＣＰＵ等と放熱器との間に挿入可能な電磁波抑制放熱シートを提供する。
【解決手段】薄板状のフェライト焼結体１２の上下両面に、微粘着性を有し熱伝導率０．７Ｗ／ｍ・Ｋ以上のゲル状放熱層が設けられており、それら両方のゲル状放熱層が共にゲル状シート１４、１６である電磁波抑制放熱シート１０である。一方のゲル状放熱層をゲル状シートとし、他方のゲル状放熱層をゲル状塗工膜としてもよい。ゲル状放熱層を、縦横ともフェライト焼結体よりも一回り大きな寸法とし、該フェライト焼結体の外周は上下のゲル状放熱層が直接的もしくは間接的に接合していて、フェライト焼結体が上下のゲル状放熱層で包まれている構造が好ましい。また、フェライト焼結体は、１ｍｍ角〜５ｍｍ角のフェライトチップを縦横に整列させたものが望ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＰＵやＬＳＩ等から発生する電磁波の放射ノイズを抑制し、且つＣＰＵやＬＳＩ等の熱対策が可能な電磁波抑制放熱シートに関し、更に詳しく述べると、フェライト焼結体の両面にゲル状放熱層が設けられている３層構造の電磁波抑制放熱シートに関するものである。

電子機器におけるクロック周波数の高周波化により、ＣＰＵやＬＳＩなどの発熱の問題及びＣＰＵやＬＳＩなどから発生する放射ノイズの問題は益々深刻化している。こうした状況の中、放射ノイズ対策面では、高透磁率化により高いノイズ対策性能を有するＥＭＩ対策シートが開発されている。

この種のＥＭＩ対策シートとしては、例えば、薄板状のフェライト焼結体の上下面を保護テープと両面粘着テープで覆う構成がある（特許文献１参照）。その他、複数の軟磁性フェライト層間に非剛性体層（両面粘着テープ等）を介在させた構造なども提案されている（特許文献２参照）。

しかし、これらは硬度が高く、熱伝導率が低いため、ＣＰＵと放熱器との間に挿入する用途の放熱シートとしては適当ではない。また、これらは、機器に貼り付けるための両面テープや、破損防止のための保護フィルムなどが不可欠である。

放熱シートにＥＭＩ対策性能を付与すべく、放熱シートにフェライトなどの磁性粉末を充填した電磁波抑制シートもあるが、透磁率を高めるのには限界があり、ＥＭＩ対策性能面では不十分であった。そこで、ＣＰＵと放熱器との間には単なる放熱シートを用い、ノイズが伝播された先（例えばフレキシブルケーブルなどの末端部分）に電磁波抑制シートを別に使用する方法が一般的である。そのため、部品点数が増え、コスト面で不利益となっている。
特開２００２−２０４０９４号公報 特開２００７−１４９８４７号公報

本発明が解決しようとする課題は、高透磁率で低硬度、且つ高熱伝導率を備え、ＣＰＵ等と放熱器との間に挿入可能な電磁波抑制放熱シートを提供することである。

本発明は、薄板状のフェライト焼結体の上下両面に、微粘着性を有し熱伝導率０．７Ｗ／ｍ・Ｋ以上のゲル状放熱層が設けられていることを特徴とする電磁波抑制放熱シートである。ここで、フェライト焼結体の上下両面に位置するゲル状放熱層は、共にゲル状シートであってよい。その他、フェライト焼結体の片面に位置するゲル状放熱層をゲル状シートとし、反対面に位置するゲル状放熱層をゲル状塗工膜とする構成でもよい。ゲル状放熱層が熱伝導率０．７Ｗ／ｍ・Ｋ以上であれば、薄板状のフェライト焼結体を内蔵させることで全体の熱伝導率は０．９Ｗ／ｍ・Ｋ以上になり、十分な放熱効果が得られる。なお、ここで「薄板状」とは、厚さ１ｍｍ程度以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下のことであり、また「微粘着性」とは、フェライト焼結体を載せたときに簡単には位置がずれない程度の粘着性のことである。

ゲル状放熱層は、縦横ともフェライト焼結体よりも一回り大きな寸法とし、それによって該フェライト焼結体の外周では上下のゲル状放熱層が直接的もしくは間接的に接合していて、フェライト焼結体が上下のゲル状放熱層で包まれている構造が好ましい。

なお、フェライト焼結体は、１ｍｍ角〜５ｍｍ角のフェライトチップを縦横に整列させたものが好ましい。これらのフェライトチップは、その上下両面に位置するゲル状放熱層で挟まれた状態で保持されることになる。ここで、フェライト焼結体は、製造途中では個々のフェライトチップに分割されている必要はなく、最終的に製品の状態の時に分割されていればよい。

フェライト焼結体の材質としては、透磁率１００以上、より好ましくは１０００程度のＮｉ−Ｚｎ系フェライトが望ましい。Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトは、大気中焼成が可能で製造容易だからである。また、ゲル状放熱層の材質としては、シリコーン樹脂の他、アクリル樹脂でもよいが、それら樹脂単体のみならず樹脂にフェライト粉末を混入した複合材でもよい。

本発明に係る電磁波抑制放熱シートは、フェライト焼結体の上下両面にゲル状放熱層を設けた構成であるので、フェライト焼結体によってシート全体の透磁率を飛躍的に向上させることができると共に、ゲル状放熱層自体が両面テープや保護フィルムの役割を果たすことができ、放熱性能とＥＭＩ対策性能の両方が優れ、薄型化できるため、ＣＰＵ等と放熱器との間に挿入可能となる。

また、ゲル状放熱層を縦横ともフェライト焼結体よりも一回り大きな寸法とし、それによって該フェライト焼結体の外周では上下のゲル状放熱層が直接的もしくは間接的に接合していて、フェライト焼結体が上下のゲル状放熱層で包まれている構造とすると、万一、フェライトが破損しても端部から脱落する恐れはなく、ＥＭＩ対策性能の劣化も防止できる。

更に、フェライト焼結体が細かなチップ状に分割されていると、シート全体の可撓性を確保できるため、ハンドリング時にフェライトが不規則に割れて特性が低下する恐れはない。また、樹脂にフェライト粉末を混入する構成とすると、充填量を変化させることにより、シート全体の透磁率を制御できるほか、熱伝導率の調整も可能となる。

図１は、本発明に係る電磁波抑制放熱シートの一実施例を示す説明図である。Ａは最終製品の断面図であり、Ｂはその分解斜視図である。この電磁波抑制放熱シート１０は、薄板状（例えば厚さ０．５ｍｍ程度以下）のフェライト焼結体１２の上下両面に、微粘着性を有し熱伝導率０．７Ｗ／ｍ・Ｋ以上のゲル状放熱層が設けられている構造である。ここでゲル状放熱層は、下面側も上面側も、共にゲル状シート１４、１６（いずれも、例えば厚さ１ｍｍ程度以下）である。このような電磁波抑制放熱シート１０の縦横寸法は、装着するＣＰＵやＬＳＩ等の大きさに応じたものとし、厚さは全体で１〜２ｍｍ程度とする。典型的な例としては、下面側のゲル状シート１４の厚さを０．４ｍｍ、フェライト焼結体１２の厚さを０．２ｍｍ、上面側のゲル状シート１６の厚さを０．４ｍｍ、合計厚１ｍｍとする形状がある。

ここでフェライト焼結体１２は、透磁率１００以上のＮｉ−Ｚｎ系フェライトであり、最終的には１ｍｍ角〜５ｍｍ角のフェライトチップを縦横に密接整列させたものである。ゲル状シート１４、１６は、例えばシリコーン樹脂からなる。上下両面のゲル状シート１４、１６は、縦横ともフェライト焼結体１２よりも一回り大きな寸法とし、該フェライト焼結体１２の外周ではゲル状シート１４、１６が直接接合している。従って、中央のフェライト焼結体１２は下面側のゲル状シート１４と上面側のゲル状シート１６で包まれている状態になっている。

図２は、本発明に係る電磁波抑制放熱シートの一実施例を示す説明図である。Ａは上層となる塗工膜を除いた状態の斜視図であり、Ｂは最終製品の断面図である。この電磁波抑制放熱シート２０も、薄板状（例えば厚さ０．５ｍｍ程度以下）のフェライト焼結体２２の上下両面に、微粘着性を有し熱伝導率０．７Ｗ／ｍ・Ｋ以上のゲル状放熱層が設けられている構造である。ここで、ゲル状放熱層は、下面側がゲル状シート２４であるのに対して、上面側はゲル状塗工膜２６である。このような電磁波抑制放熱シート２０の縦横寸法は、装着するＣＰＵやＬＳＩ等の大きさに応じたものとし、厚さは全体で１〜２ｍｍ程度とする。

ここでもフェライト焼結体２２は透磁率１００以上のＮｉ−Ｚｎ系フェライトであり、１ｍｍ角〜５ｍｍ角のフェライトチップを縦横に密接整列させたものである。ゲル状シート２４及びゲル状塗工膜２６は、シリコーン樹脂からなる。図２のＡに示すように、ゲル状シート２４は、縦横ともフェライト焼結体２２よりも一回り大きな寸法であり、該フェライト焼結体２２をゲル状シート２４の中央に配置し（ゲル状シート２４の４辺がフェライト焼結体２２から均等にはみ出すように配置し）、それらの上をゲル状塗工膜２６で覆う。従って、中央のフェライト焼結体２２が下面側ののゲル状シート２４と上面側のゲル状塗工膜２６とで包まれている状態になっている。

このような電磁波抑制放熱シート１０、２０の使用状態の一例を、図３に示す。ＣＰＵ３０と放熱器３２との間に、上記のような電磁波抑制放熱シート１０、２０を介装する。電磁波抑制放熱シート１０、２０は、その微粘着性によりＣＰＵ３０あるいは放熱器３２に僅かに粘着するため、別途両面テープなどを用いる必要はなく、ＣＰＵ３０への取り付け、放熱器３２の取り付けなどの作業は容易である。このように電磁波抑制放熱シート１０、２０を装着すると、それだけで十分な放熱性能とＥＭＩ対策性能の両方が得られ、そのため部品点数並びにコスト、電子機器の組立工数などの削減を図ることができる。

なお、ゲル状放熱層の材料としては、シリコーン樹脂のみでもよいし、シリコーン樹脂にフェライト粉末を混入した複合材でもよい。フェライト粉末を混入すると、その充填量に応じて、熱伝達率や透磁率などの調整も可能となる。

このような電磁波抑制放熱シートは、図４あるいは図６に示す方法により、容易に量産可能である。図４は両面がゲル状シートである場合の製造工程を示すフロー図であり、図６は片面がゲル状シートで、反対面がゲル状塗工膜である場合の製造工程を示すフロー図である。

まず、図４に示す製造工程について説明する。薄板状のフェライト焼結体は次のように作製する。フェライト粉末と有機バインダを混練してフェライトペーストとし、それを用いて所望の厚みのグリーンシートに成形する。そして、１ｍｍ角〜５ｍｍ角のフェライトチップとなるようにハーフカット処理（厚みの半分程度まで片面から分割溝を形成する処理）を施す。また、製品に組み込まれる縦横寸法に切断し、焼結してフェライト焼結体４２（図５のＡ参照）を得る。各フェライト焼結体４２に縦横格子状に描かれている線が分割溝４４である。分割溝４４は、焼成前の状態のグリーンシートの状態で加工することで容易に形成できる。

ゲル状シートは次のように作製する。ここでは、フェライト粉末を充填する例を示している。フェライト粉末とシリコーン樹脂を混合してペーストとし、それを用いて必要な厚みにシート成形する。これを熱処理してゲル状シートとする。フェライト粉末を充填しない場合は、シリコーン樹脂のみでシート化すればよい。

図５のＡに示すように、ゲル状シート４６上に、多数の薄板状のフェライト焼結体４２を適度の間隔を空けて縦横規則的に配列する。このとき、各フェライト焼結体４２は、まだフェライトチップに分割されておらず一体となっている状態であり、従って、ゲル状シート４６上への配列は容易である。次に、それらの上に別のゲル状シート４８を被せて３層状態とし、圧着する。圧着は、例えば縦横２方向に加圧ローラを通すことで行える。これによって、フェライト焼結体の無い部分は上下のゲル状シートが直接接合し、個々のフェライト焼結体がゲル状シートで独立に包まれた状態となる（図５のＢ参照）。またローラなどで圧着する際に、ハーフカットされていたフェライト焼結体は、曲げ応力を受けて撓み変形し小さなフェライトチップに分割される。これを、フェライト焼結体毎に（フェライト焼結体がない部分の中央：図５のＢの破線で示す位置で）切断することにより、製品である電磁波抑制放熱シートが得られる。

次に、図６に示す製造工程について説明する。薄板状のフェライト焼結体の作製は、前記実施例の製造手順と同様であってよいので、それについての説明は省略する。ゲル状シートの作製も、前記実施例の製造手順と同様であってよいので、それについての説明は省略する。

ゲル状シート４６上に、多数の薄板状のフェライト焼結体４２を適度の間隔を空けて縦横規則的に配列する。その上に、フェライト粉末とシリコーン樹脂を混合したペーストを塗工する。ペーストは、表面の凹凸に沿って塗布され、密着した膜を形成する。そこで、これを熱処理する。これによってゲル状塗工膜５０が形成される。すると、フェライト焼結体の無い部分では下面側のゲル状シート４６と上面側のゲル状塗工膜５０とが直接接合し、個々のフェライト焼結体４０がゲル状シート４６とゲル状塗工膜５０とで独立に包まれた状態となる（図７参照）。これを、例えば縦横２方向に加圧ローラを通すことで、ハーフカット処理されていたフェライト焼結体は、曲げ応力を受けて撓み変形し小さなフェライトチップに分割される。これを、フェライト焼結体毎に（フェライト焼結体がない部分の中央：図７の破線で示す位置で）切断することにより、製品である電磁波抑制放熱シートが得られる。勿論、フェライト焼結体毎に切断した後、小さなフェライトチップに分割する手順でもよい。

ところで、上記の実施例では、フェライト焼結体が無い外周部分にはフェライト焼結体の厚み分だけ段差が生じている。この段差は僅かであり、通常はほとんど問題はない。しかし、僅かな段差も無くす必要がある場合には、ゲル状シート上に多数の薄板状フェライト焼結体を配列した後、フェライト焼結体を除いて該フェライト焼結体が無い部分のみにスクリーン印刷などによってゲル状物質のペーストを塗工し、その後、ゲル状シートを被せたり、ゲル状物質のペーストを塗工して覆うような構成も可能である。

本発明に係る電磁波抑制放熱シートの磁気特性の例を図８に示す。（ａ）は比較例であり１ｍｍ厚のゲル状シートのみの場合である。（ｂ）は本発明品であり、０．４５ｍｍ厚のゲル状シートの間に０．１ｍｍ厚のフェライト焼結体を挟み込んだ場合、（ｃ）も本発明品であり、０．４ｍｍ厚のゲル状シートの間に０．２ｍｍ厚のフェライト焼結体を挟み込んだ場合である。従って、いずれの場合も、全体の厚さは１ｍｍで同じである。ここでゲル状シートは、シリコーン樹脂にＭｎ−Ｚｎ系フェライト粉末（平均粒径：２０μｍ）を６００ＰＨＲ（樹脂１００ｇに対してフェライト粉末６００ｇ）充填したものである。フェライト焼結体は、透磁率１０００のＮｉ−Ｚｎ系フェライトである。

本発明のようにフェライト焼結体を内蔵させることによって、透磁率の損失成分μ″が大きくなり、必要なＥＭＩ対策性能を付与することができる。また放熱性能も向上する。熱伝導率データを表１に示す。

これらの結果から分かるように、本発明に係る電磁波抑制放熱シートは、薄く可撓性を呈するためＣＰＵ等と放熱器との間に密着状態で介装することができ、良好なＥＭＩ対策性能と放熱性能の両方を発現させることができる。

本発明に係る電磁波抑制放熱シートの一実施例を示す説明図。 本発明に係る電磁波抑制放熱シートの他の実施例を示す説明図。 電磁波抑制放熱シートの使用状態の一例を示す説明図。 電磁波抑制放熱シートの製造工程の一例を示すフロー図。 その製造途中での説明図。 電磁波抑制放熱シートの製造工程の他の例を示すフロー図。 その製造途中での断面図。 本発明品の透磁率特性の説明図。

符号の説明

１０、２０ 電磁波抑制放熱シート
１２、２２ フェライト焼結体
１４、１６、２４ ゲル状シート
２６ ゲル状塗工膜
３０ ＣＰＵ
３２ 放熱器

Claims (6)

1. 薄板状のフェライト焼結体の上下両面に、微粘着性を有し熱伝導率０．７Ｗ／ｍ・Ｋ以上のゲル状放熱層が設けられており、それら両方のゲル状放熱層が共にゲル状シートであることを特徴とする電磁波抑制放熱シート。
2. 薄板状のフェライト焼結体の上下両面に、微粘着性を有し熱伝導率０．７Ｗ／ｍ・Ｋ以上のゲル状放熱層が設けられており、一方のゲル状放熱層がゲル状シートであり、他方のゲル状放熱層がゲル状塗工膜であることを特徴とする電磁波抑制放熱シート。
3. ゲル状放熱層は、縦横ともフェライト焼結体よりも一回り大きな寸法であり、該フェライト焼結体の外周は上下のゲル状放熱層が直接的もしくは間接的に接合していて、フェライト焼結体が上下のゲル状放熱層で包まれている請求項１又は２に記載の電磁波抑制放熱シート。
4. フェライト焼結体が、１ｍｍ角〜５ｍｍ角のフェライトチップを縦横に整列させたものである請求項３記載の電磁波抑制放熱シート。
5. フェライト焼結体が、透磁率１００以上のＮｉ−Ｚｎ系フェライトである請求項１乃至４のいずれかに記載の電磁波抑制放熱シート。
6. ゲル状放熱層が、シリコーン樹脂にフェライト粉末を混入した複合材からなる請求項１乃至５のいずれかに記載の電磁波抑制放熱シート。

Images