JP2012222339A - セラミック放熱モジュール及びその製造方法 - Google Patents

セラミック放熱モジュール及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】電磁干渉を回避でき、かつ高い放熱能力を備えた、セラミック放熱モジュール及びセラミック放熱モジュールの製造方法の提供。
【解決手段】本発明のセラミック放熱モジュールは発熱素子の温度を下げるために用いられ、セラミック放熱モジュールが、セラミック放熱モジュール本体を含み、そのうちセラミック放熱モジュール本体の組成が実質上重量百分率７０％以上の酸化アルミニウムを含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明はセラミック放熱モジュール及びセラミック放熱モジュールの製造方法に関し、特に、酸化アルミニウムを主要成分としたセラミック放熱モジュール及びセラミック放熱モジュールの製造方法に関する。
電子デバイス内には通常各種の回路板があり、回路板上に各種発熱素子（例：中央処理装置、画像処理装置、その他チップ）が設置され、発熱素子は動作時に大量の熱を発生し、かつ発熱素子の温度が上がって、効果的に熱をすぐに排除できないと、各電子素子や電子デバイス全体の動作に影響し、重度の場合発熱素子が過熱のために破損してしまうこともある。発熱素子を適切な温度下で正常に動作させるために、通常は発熱素子上に放熱モジュールを設置し、発熱素子が発生する熱を放熱モジュール上に伝導し、発熱素子の温度を下げるという目的を達する。
電子デバイス内の各電子素子は通常各種高周波回路、デジタル回路、アナログ回路が統合されており、それらが動作するとき相互に電磁干渉（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ、ＥＭＩ）を発生し、電子素子の機能に影響する。電磁干渉を回避するために、電子素子の配置時には電磁干渉の遮蔽も考慮する必要がある。
現有の放熱モジュールのうち、放熱モジュールの材質にはアルミニウムまたはアルミニウム合金が比較的よく使用される。アルミニウムまたはアルミニウム合金の放熱モジュールは高い熱伝導率（ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）（例：１６８Ｗ／ｍｋ）を備えている。但し、アルミニウムまたはアルミニウム合金の放熱モジュールは熱容量（ｈｅａｔ ｃａｐａｃｉｔｙ）も高く（例：約０.８９７Ｊ／Ｋ）、これが熱エネルギーを放熱モジュール中に集め、放熱効果の低下につながる。このほか、アルミニウムまたはアルミニウム合金の放熱モジュールを使用するときは、アルミニウムまたはアルミニウム合金の放熱モジュールと発熱素子間に金属片（例えば鉄片）を追加設置して電磁干渉を防止する必要があり、これによって組み立て時間が増加し、放熱モジュールの厚さと重量も増加してしまう。金属の価格上昇が続いている中、アルミニウムまたはアルミニウム合金の放熱モジュールのコストも上昇を続けており、製造コストが増加している。
現有の放熱モジュールのうち、放熱モジュールの材質には炭化ケイ素（または多孔性炭化ケイ素）を使用したものもあるが、炭化ケイ素の放熱モジュールは電磁干渉を回避できるものの、放熱能力が比較的劣り、その熱伝導率はわずか約６.７９Ｗ／ｍｋである。
このため、セラミック放熱モジュール及びセラミック放熱モジュールの製造方法を提供し、先行技術に存在する問題を改善する必要がある。
本発明の主な目的は、電磁干渉を回避でき、かつ高い放熱能力を備えた、セラミック放熱モジュール及びセラミック放熱モジュールの製造方法を提供することにある。
上述の目的を達するため、本発明のセラミック放熱モジュールは発熱素子の温度を下げるために用いられ、セラミック放熱モジュールが、セラミック放熱モジュール本体を含み、そのうち前記セラミック放熱モジュール本体の組成は実質上重量百分率７０％以上の酸化アルミニウムを含む。
本発明の一実施例において、セラミック放熱モジュール本体の組成は実質上重量百分率８０％以上の酸化アルミニウムを含む。
本発明の一実施例において、セラミック放熱モジュール本体の組成はさらに重量百分率１０％〜２０％の二酸化ケイ素を含む。
上述の目的を達するため、本発明のセラミック放熱モジュールの製造方法は、ディスプレイ装置内の発熱素子の温度を下げるために用いられ、セラミック放熱モジュールの製造方法が、酸化アルミニウム粉末を混合し、ペーストを形成する工程、ペーストを金型の中に注入し、第１成形プロセスを実施して、ペーストに成形体を形成させる工程、成形体を取り出す工程、成形体に対して焼結プロセスを行い、セラミック放熱モジュールを形成する工程を含む。
本発明の一実施例において、そのうち一酸化アルミニウム粉末を混合して前記ペーストを形成する工程がさらに、酸化アルミニウム粉末及び二酸化ケイ素粉末を混合し、ペーストを形成する工程を含む。
上述の目的を達するため、本発明のセラミック放熱モジュールの製造方法はディスプレイ装置内の発熱素子の温度を下げるために用いられ、セラミック放熱モジュールの製造方法が、酸化アルミニウム粉末を混合してペーストを形成する工程、ペースト中の余分な水分を除去した後、磁土を製造し、かつ磁土を金型に通過させた後、フィンを備えた成形体を形成する工程、及び成形体に対して焼結プロセスを行い、セラミック放熱モジュールを形成する工程を含む。
本発明の一実施例において、そのうち前記ペースト中の余分な水分を除去した後に前記磁土を製造し、かつ前記磁土を前記金型に通過させた後フィンを備えた前記成形体を形成した後、さらに成形体をカットし、成形体を自然乾燥させる工程を含む。
本発明のセラミック放熱モジュールの一実施例の立体外観図である。 本発明のセラミック放熱モジュールの一実施例の成分分析表である。 本発明のセラミック放熱モジュールの一実施例の物理性質分析表である。 本発明のセラミック放熱モジュールをディスプレイ装置内に設置した状態を示す一実施例の立体外観図である。 本発明のセラミック放熱モジュールの製造方法の一実施例の工程フローチャートである。 本発明のセラミック放熱モジュールの製造方法の別の実施例の工程フローチャートである。
本発明の上述及びその他目的、特徴、利点をより明らかに分かりやすくするため、以下で最良の実施例を挙げ、図面を組み合わせて詳細に説明する。
図１に示すように、本発明のセラミック放熱モジュール１は、セラミック放熱モジュール本体１０を含み、セラミック放熱モジュール本体１０は複数の放熱フィン１０１を含み、そのうち放熱フィン１０１は放熱効果を高めるために用いられる。セラミック放熱モジュール１の外観形状は図１に示すものに限定されず、本発明のセラミック放熱モジュール１は発熱素子の寸法に基づいて異なる形状（例えば円形や長方形）としてもよく、放熱フィン１０１の数及び外観形状に変化があってもよいことに注意が必要である。
本発明の一実施例において、セラミック放熱モジュール本体１０の組成は実質上重量百分率８０％以上の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、１０％〜２０％の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）及びその他添加剤を含む。
図２に本発明の一実施例に基づいたセラミック放熱モジュール１を示す。実験分析を経た後の放熱モジュール本体１０の組成は、放熱モジュール本体１０が重量百分率８１.１３％の酸化アルミニウム、１２.８％の二酸化ケイ素、０.３３％の三酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、０.１８％の二酸化チタン（ＴｉＯ２）、０.３７％の酸化カルシウム、０.５５％の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、０.２４％の酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、０.１７％の酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）及び３.７７％の酸化バリウム（ＢａＯ）を含むが、本発明はこれに限定されない。図３に示すように、放熱モジュール本体１０の比重は３.３９ｇ／ｃｍ３、吸水率（ｗａｔｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）が＜０.０１％、曲げ強度（ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）が２８０Ｍｐａ、熱伝導率が１０.４７Ｗ／ｍｋである。
本発明の別の実施例において、セラミック放熱モジュール本体１０の組成は、重量百分率７０％以上の酸化アルミニウム（残りの組成は二酸化ケイ素及びその他添加剤としてもよい）または純に近い酸化アルミニウム（及び一部添加剤）としてもよいことに注意が必要である。
図４に示すように、本発明のセラミック放熱モジュール１は発熱素子２０の温度を下げるために用いることができ、本発明の一実施例において、発熱素子２０はディスプレイ装置２内の信号回路板上の駆動回路チップであるが、本発明はこのチップに限定されない。セラミック放熱モジュール１と発熱素子２０の間には熱伝導性テープ３０が貼付され、セラミック放熱モジュール１を発熱素子２０上に貼付することができる。本発明の一実施例において、ディスプレイ装置２は液晶テレビであるが、本発明はこれに限定されない。例えば、ディスプレイ装置２はプラズマテレビやデスクトップ型液晶モニタ等としてもよい。
続いて図５の本発明に基づいたセラミック放熱モジュールの製造方法の一実施例の工程フロー図を参照する。
図５に示すように、本発明はまず、工程Ｓ７１：酸化アルミニウム粉末と二酸化ケイ素粉末を混合してペーストを形成する。
工程Ｓ７１では、酸化アルミニウム粉末、二酸化ケイ素粉末、粘剤等を均一に混合し、ペーストを形成する。
続いて工程Ｓ７２：ペーストを金型中に注入し、第１成形プロセスを行い、ペーストに成形体を形成させる。
工程Ｓ７２で、第１成形プロセスはペーストを高圧押出成型の方式で金型中に注入し、ドライプレスまたは等方圧プレス、ホットプレスの方式でペーストに金型中で成形体を形成させる。
続いて工程Ｓ７３：成形体を取り出し、第２成形プロセスを行う。
工程Ｓ７３では、成形体を金型から取り出し、第２成形プロセスが成形体上に複数の片状構造（即ち放熱フィンの予備成形）を形成するか、または成形体を発熱素子に対応する適切な寸法にカットする工程を含む。第２成形プロセスは本発明の必要な工程ではなく、且つ第２成形プロセスは成形体上に複数の片状構造を形成することに限定されないことに注意が必要である。
続いて工程Ｓ７４：成形体を自然乾燥させる。
続いて工程Ｓ７５：成形体に対して焼結プロセスを行い、セラミック放熱モジュールを形成する。
工程Ｓ７５では、成形体に対して焼結プロセスを行い、成形体を緻密化し、図１に示すような、セラミック放熱モジュール１を形成する。
最後に工程Ｓ７６：セラミック放熱モジュールの底部を研磨する。
工程Ｓ７６では、セラミック放熱モジュールの底部を研磨し、後続での熱伝導性テープの貼付に有利にする。
続いて、図６の本発明に基づいたセラミック放熱モジュールの製造方法の一実施例の工程フロー図を参照する。
図６に示すように、本発明はまず工程Ｓ８１：酸化アルミニウム粉末と二酸化ケイ素粉末を混合し、ペーストを形成する。
工程Ｓ８１では、酸化アルミニウム粉末、二酸化ケイ素粉末及び粘剤等を均一に混合し、ペーストを形成する。
続いて工程Ｓ８２：ペースト中の余分な水分を除去した後、磁土を製造し、磁土を金型に通過させた後フィンを備えた成形体を形成する。
工程Ｓ８２では、ペースト中の余分な水分を除去した後、磁土を製造し、磁土を押し出して金型を通過させた後、フィンを備えた成形体を形成する。
続いて工程Ｓ８３：フィンを備えた成形体を必要な長さにカットする。
本発明の別の実施例において、フィンを備えた成形体は実際に使用する寸法にカットすることができる。
続いて工程Ｓ８４：成形体を自然乾燥させる。
続いて工程Ｓ８５：成形体に対して焼結プロセスを行い、セラミック放熱モジュールを形成する。
工程Ｓ８５では、成形体に対して焼結プロセスを行い、成形体を緻密化し、図１に示すような、セラミック放熱モジュール１を形成する。
最後に工程Ｓ８６：セラミック放熱モジュールの底部を研磨する。
工程Ｓ８６では、セラミック放熱モジュールの底部を研磨し、後続での熱伝導性テープの貼付に有利にする。
本発明のセラミック放熱モジュール１の熱伝導率はアルミニウムまたはアルミニウム合金の放熱モジュールほど高くはないが、本発明のセラミック放熱モジュール１は発熱量が比較的低い発熱素子、例えばディスプレイ装置内のチップや工業用コンピュータ内のチップ等に応用でき、上述の発熱素子は放熱効果が極めて高い放熱モジュールを必要としないため、本発明のセラミック放熱モジュール１で十分に上述の低発熱仕事率の発熱素子の放熱ニーズを満たすことができることに注意が必要である。
このため、本発明のセラミック放熱モジュール１によれば少なくとも次のようないくつかの利点がある。１、発熱素子とその他電子部材の電磁干渉発生を回避でき、別途金属片を設置する必要なく、セラミック放熱モジュールの厚さと組み立てコストを減少することができる。２、酸化アルミニウムのコストは低く、且つ製作方式が簡易であり、製作コストを抑えることができる。３、放熱効果が炭化ケイ素の放熱モジュールより優れている。
上述をまとめると、本発明は目的、手段、効果のいずれにおいても先行技術とは異なる特徴があり、審査官殿にはご明察の上早期に特許を賜り、社会に恩恵をもたらすことができるように希望するものである。上述のいくつかの実施例は単に説明の利便性のために例を挙げたまでであり、本発明の主張する権利範囲は特許請求の範囲に準じ、上述の実施例に限定されないことに注意が必要である。
１ セラミック放熱モジュール
１０ セラミック放熱モジュール本体
１０１ 放熱フィン
２ ディスプレイ装置
２０ 発熱素子
３０ 熱伝導性テープ

Claims (16)

  1. 発熱素子の温度を下げるために用いるセラミック放熱モジュールであって、前記セラミック放熱モジュールが、セラミック放熱モジュール本体を含み、そのうち前記セラミック放熱モジュール本体の組成が実質上重量百分率７０％以上の酸化アルミニウムを含むことを特徴とする、セラミック放熱モジュール。
  2. 前記セラミック放熱モジュール本体の組成が実質上重量百分率８０％以上の酸化アルミニウムを含むことを特徴とする、請求項１に記載のセラミック放熱モジュール。
  3. 前記セラミック放熱モジュール本体の組成がさらに重量百分率１０％〜２０％の二酸化ケイ素を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のセラミック放熱モジュール。
  4. 前記セラミック放熱モジュール本体がさらに複数の放熱フィンを含むことを特徴とする、請求項３に記載のセラミック放熱モジュール。
  5. 前記発熱素子がディスプレイ装置内に設置されることを特徴とする、請求項３に記載のセラミック放熱モジュール。
  6. ディスプレイ装置内の発熱素子の温度を下げるために用いるセラミック放熱モジュールの製造方法であって、前記製造方法が、
    酸化アルミニウム粉末を混合してペーストを形成する工程と、
    前記ペーストを金型中に注入して第１成形プロセスを行い、前記ペーストに成形体を形成させる工程と、
    前記成形体を取り出す工程と、
    前記成形体に対して焼結プロセスを行い、セラミック放熱モジュールを形成する工程と、
    を含むことを特徴とする、セラミック放熱モジュールの製造方法。
  7. 前記酸化アルミニウム粉末を混合して前記ペーストを形成する工程がさらに、前記酸化アルミニウム粉末と混合二酸化ケイ素粉末を混合して前記ペーストを形成する工程を含むことを特徴とする、請求項６に記載のセラミック放熱モジュールの製造方法。
  8. 前記成形体を取り出す工程がさらに、前記成形体を取り出して第２成形プロセスを行う工程を含み、そのうち前記第２成形プロセスが前記成形体上に複数の片状構造を形成することを含むことを特徴とする、請求項６に記載のセラミック放熱モジュールの製造方法。
  9. 前記成形体を取り出して前記第２成形プロセスを行う工程の後、さらに前記成形体を自然乾燥する工程を含むことを特徴とする、請求項８に記載のセラミック放熱モジュールの製造方法。
  10. 前記成形体に対して前記焼結プロセスを行い、前記セラミック放熱モジュールを形成する工程の後、さらに、前記セラミック放熱モジュールの底部を研磨する工程を含むことを特徴とする、請求項９に記載のセラミック放熱モジュールの製造方法。
  11. 前記セラミック放熱モジュールの成分が実質上重量百分率８０％〜１００％の酸化アルミニウムと１０％〜２０％の二酸化ケイ素を含むことを特徴とする、請求項７、９、１０のいずれかに記載のセラミック放熱モジュールの製造方法。
  12. ディスプレイ装置内の発熱素子の温度を下げるために用いるセラミック放熱モジュールの製造方法であって、前記製造方法が、
    酸化アルミニウム粉末を混合し、ペーストを形成する工程と、
    前記ペースト中から余分な水分を除去した後、磁土を製造し、前記磁土を金型に通過させた後フィンを備えた成形体を形成する工程と、
    前記成形体に対して焼結プロセスを行い、セラミック放熱モジュールを形成する工程と、
    を含むことを特徴とする、セラミック放熱モジュールの製造方法。
  13. 前記ペースト中から余分な水分を除去した後、前記磁土を製造し、前記磁土を前記金型に通過させてフィンを備えた前記成形体を形成した後、さらに、
    前記成形体をカットする工程と、
    前記成形体を自然乾燥する工程と、
    を含むことを特徴とする、請求項１２に記載のセラミック放熱モジュールの製造方法。
  14. 前記成形体に対して前記焼結プロセスを行い、前記セラミック放熱モジュールを形成した後、さらに、前記セラミック放熱モジュールの底部を研磨する工程を含むことを特徴とする、請求項１３に記載のセラミック放熱モジュールの製造方法。
  15. 前記酸化アルミニウム粉末を混合して前記ペーストを形成する工程が、さらに、前記酸化アルミニウム粉末と二酸化ケイ素粉末を混合して、前記ペーストを形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１２乃至１４に記載のセラミック放熱モジュールの製造方法。
  16. そのうち、前記セラミック放熱モジュールの成分が実質上重量百分率８０％〜１００％の酸化アルミニウム及び１０％〜２０％の二酸化ケイ素を含むことを特徴とする、請求項１２乃至１４に記載のセラミック放熱モジュールの製造方法。
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