JP2014187233A - 放熱シートおよびこれを用いた放熱構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】接触状態による熱抵抗を下げるとともに熱伝導性を向上させ、さらにリペア性にも優れた放熱シートを提供することを目的とするものである。
【解決手段】常温で塑性変形可能な高熱伝導樹脂シートに、前記高熱伝導樹脂シートよりも熱伝導率の高い高熱伝導フィルムを貼り合せたものである。このように構成することにより、発熱部品を実装したプリント基板に貼り合せることにより、熱伝導性を向上させるとともにリペア性にも優れた放熱シートおよび放熱構造を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器に用いられる放熱シートおよびこれを用いた放熱構造に関するものである。
近年電子機器の各種機能や処理能力等が急速に向上し、それに伴い半導体素子をはじめとする電子部品からの発熱量は増加する傾向にある。このため半導体素子等の動作特性や信頼性等を保つために、樹脂に熱伝導性フィラーを混ぜて硬化した熱伝導シートを発熱部品に当接させ、放熱あるいは伝熱を行うことが行われている。
なお、この出願の発明に関連する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２０１０−２４３７１号公報
上記従来の熱伝導シートでは、発熱部品と熱伝導シートとの間の熱抵抗、熱伝導シートそのものの熱伝導率等により、十分に放熱、伝熱を行うことが難しかった。また接触状態による熱抵抗を下げるために、熱伝導シートを用いる代わりに、液状の樹脂に熱伝導フィラーを混ぜ、これを発熱部品に塗布して硬化させるという方法もあるが、この場合リペアすることができないという課題があった。
本発明はこの課題に対して、接触状態による熱抵抗を下げるとともに熱伝導性を向上させ、さらにリペア性にも優れた放熱シートを提供することを目的とする。
本発明は上記課題を解決するために、常温で塑性変形可能な高熱伝導樹脂シートに、この高熱伝導樹脂シートよりも熱伝導率の高い高熱伝導フィルムを貼り合せたものである。
上記構成によりこの放熱シートを、発熱部品を含む電子部品を実装したプリント基板上に加圧して貼り合せたときに、高熱伝導樹脂シートを発熱部品の上面および側面に接触させることができ、熱抵抗を下げることができる。さらに高熱伝導樹脂シートには、高熱伝導樹脂シートよりも熱伝導率の高い高熱伝導フィルムを貼り合せているため、発熱部品から発生した熱は速やかに高熱伝導樹脂シートから高熱伝導フィルムに伝達され、放熱あるいは伝熱されるため、発熱部品の温度を抑えることができる。さらに高熱伝導樹脂シートを加熱硬化させること無くプリント基板に貼り合せすることができるため、リペア性に優れたものとなる。
本発明の一実施の形態における放熱シートの断面図 本発明の一実施の形態における放熱シートをプリント基板に貼り合せた状態の断面図
以下、本発明の一実施の形態における放熱シートについて、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施の形態における放熱シート１５の断面図であり、厚さ１．３ｍｍのスチレンポリマーからなる高熱伝導樹脂シート１１に、高熱伝導フィルム１２として厚さ２５μｍのグラファイトフィルムが、厚さ１０μｍの両面テープ１３を介して貼り合されている。さらに高熱伝導フィルム１２の上には厚さ１０μｍの保護フィルム１４が貼り合されている。
高熱伝導樹脂シート１１は絶縁性および常温で塑性変形可能なものとなっている。ここで塑性変形可能とは、０．５ＭＰａ以下の圧力で形状が変形し、その圧力を除いても変形したままの形状を保持するものをいう。通常のスチレンポリマー等の樹脂シートでは、このような圧力に対して弾性変形する。これに対してこの材料に可塑剤を多く入れることにより、小さな圧力でも常温で塑性変形可能なものを得ることができる。
高熱伝導フィルム１２は、熱分解グラファイトフィルムを用いることにより、面方向に１６００Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有している。高熱伝導樹脂シート１１は、２Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有している。高熱伝導樹脂シート１１の熱伝導率は高い方が効率的に熱を運ぶことができるため、１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有していることが望ましい。しかしながら樹脂での熱伝導率はあまり大きなものが得られない。そこで本実施の形態のように高熱伝導樹脂シート１１の上に、この高熱伝導樹脂シート１１よりも遥かに大きな熱伝導率を有する高熱伝導フィルム１２を貼り合せることにより、高熱伝導樹脂シート１１に伝わった熱を速やかに高熱伝導フィルム１２が面方向に拡散させることができ、本実施形態のように２Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率であっても、十分に放熱あるいは伝熱を行うことができる。そのため、高熱伝導フィルム１２の熱伝導率は、高熱伝導樹脂シート１１の熱伝導率の１００倍以上とすることが望ましい。
また高熱伝導樹脂シート１１の厚さは、０．５〜２ｍｍとすることが望ましい。このようにすることにより、ＩＣ等の発熱部品と十分に接するようにできるため、効率の良い放熱シートを得ることができる。
さらに図１のように、高熱伝導フィルム１２の上に絶縁性を有する保護フィルム１４を貼り合せておくことがより望ましい。このようにすることにより放熱シートの表面の絶縁性を確保するとともに、外力からの損傷を防ぐことができる。なおこの保護フィルム１４は、両面に粘着性を有する両面テープであっても良い。このようにすることにより、放熱シートを筐体あるいはヒートシンクに接続することができ、より効率的に放熱あるいは伝熱を行うことができる。
次に本発明の一実施の形態における放熱構造について説明する。
図２は、本発明の一実施の形態における放熱シート１５をプリント基板１６に貼り合せた状態を示す断面図である。
プリント基板１６上にはＩＣ等の発熱部品１７およびその他の電子部品が実装されている。この発熱部品１７の高さは１ｍｍとなっている。放熱シート１５は、厚さ１．３ｍｍの高熱伝導樹脂シート１１に高熱伝導フィルム１２を貼り合せたものであり、高熱伝導樹脂シート１１側をプリント基板１６の発熱部品１７を実装した面に押し付けることにより、高熱伝導樹脂シート１１を塑性変形させプリント基板１６に貼り合せている。ここで高熱伝導樹脂シート１１は、発熱部品１７の上面全体、側面およびプリント基板１６の発熱部品１７を実装している側の面に密着させている。
ここで高熱伝導樹脂シート１１は、発熱部品１７の側面には、少なくともその面積の半分以上は接するようにしている。弾性を有する樹脂を発熱部品に押し付けた場合、上面には接するようにできるが、側面についてはスプリングバックによりほとんど接していない状態となる。本実施の形態では高熱伝導樹脂シート１１を塑性変形させることができるものを用いているため、側面についても十分に密着させることができる。またプリント基板１６への貼り合せ前の高熱伝導樹脂シート１１の厚さを、発熱部品１７の高さよりも大きくしているため、高熱伝導樹脂シート１１をプリント基板１６の実装面に接するようにすることができる。
以上のように構成することにより、発熱部品１７で発生した熱の多くはその上面から高熱伝導樹脂シート１１を通じて高熱伝導フィルム１２に伝熱されるとともに、発熱部品１７の側面側からも高熱伝導樹脂シート１１に伝わり、一部はプリント基板１６の方にも逃がすことができる。そのため従来の熱伝導シートに比べてはるかに効率よく放熱あるいは伝熱を行うことができる。
また発熱部品１７に当接された部分の、塑性変形された高熱伝導樹脂シート１１の厚さ（図２のＴ１）を、０．４ｍｍとしている。このようにＴ１を薄くすることにより発熱部品１７から高熱伝導フィルム１２に熱を速やかに伝えることができるため、Ｔ１の大きさを０．５ｍｍ以下とすることが望ましい。
なお、プリント基板１６に放熱シート１５を貼り合せる方法としては、ローラによる加圧あるいは、弾性体で放熱シート１５側からプレスするという方法を用いることができる。この場合、高熱伝導フィルム１２の上にさらに保護フィルム１４を設けておくことが望ましく、保護フィルム１４には、高熱伝導フィルム１２よりも引っ張り強度が強いものを用いることが望ましい。
本発明に係る放熱シートおよびこれを用いた放熱構造は、発熱部品で発生した熱を効率よく放熱あるいは伝熱することができ、さらにリペア性にも優れたものを得ることができ、産業上有用である。
１１ 高熱伝導樹脂シート
１２ 高熱伝導フィルム
１３ 両面テープ
１４ 保護フィルム
１５ 放熱シート
１６ プリント基板
１７ 発熱部品

Claims (8)

  1. 常温で塑性変形可能な高熱伝導樹脂シートに、前記高熱伝導樹脂シートよりも熱伝導率の高い高熱伝導フィルムを貼り合せてなる放熱シート。
  2. 前記高熱伝導樹脂シートの熱伝導率を１Ｗ／ｍ・Ｋ以上とし、前記高熱伝導フィルムの面方向の熱伝導率を１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上としたことを特徴とする請求項１記載の放熱シート。
  3. 前記高熱伝導フィルムにグラファイトフィルムを用いたことを特徴とする請求項１記載の放熱シート。
  4. 前記高熱伝導樹脂シートの厚さを、０．５〜２ｍｍとしたことを特徴とする請求項１記載の放熱シート。
  5. 前記高熱伝導フィルムの上にさらに保護フィルムを備えたことを特徴とする請求項１記載の放熱シート。
  6. 常温で塑性変形可能な高熱伝導樹脂シートに、前記高熱伝導樹脂シートよりも熱伝導率の高い高熱伝導フィルムを貼り合せた放熱シートを、発熱部品を含む電子部品を実装したプリント基板上に加圧して貼り合せたものであり、前記高熱伝導樹脂シートは前記電子部品を実装した側の前記プリント基板に接するとともに、前記発熱部品の上面全体および側面の半分以上に接するようにしたことを特徴とする放熱構造。
  7. 前記高熱伝導樹脂シートの前記プリント基板に貼り合せる前の厚さを、前記発熱部品の高さよりも大きくしたことを特徴とする請求項６記載の放熱構造。
  8. 前記発熱部品に当接された部分の、塑性変形された前記高熱伝導樹脂シートの厚さを０．５ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項６記載の放熱構造。
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