JP2016219527A - 熱伝導シート - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体とヒートシンクとの間の絶縁性を確保しながら、接触抵抗を小さくすることにより、全体としての熱伝導性を向上させた熱伝導体を提供することを目的とする。【解決手段】グラファイトシート１１の第１の面に第１の絶縁層１２を設け、グラファイトシート１１の第１の面とは反対側の第２の面に第２の絶縁層１３を設けた熱伝導シートであって、グラファイトシート１１の圧縮率を０．１以上とするとともに、第１の絶縁層１２の厚さをグラファイトシート１１の厚さの１／１０以下としたものである。【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器の熱対策として用いられる熱伝導シート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熱伝導体を用いて発熱体からヒートシンク等に熱を伝達させること
が行われている。このために面方向の熱伝導性に優れたグラファイトシートが熱伝導体として使用されているが、発熱体とヒートシンクとの間の絶縁性が要求される場合がある。そのため図４のように、グラファイトシート１の両面を粘着層３を介して絶縁シート２を貼り合わせる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２０１１−１０５５３１号公報

しかしながらグラファイトシートの両面に絶縁シートを貼り合せたものでは、発熱体、あるいはヒートシンクと当接させる部分で、熱的な接触抵抗が大きくなり、全体として熱が伝わりにくくなってしまう。

本発明はこれらの課題に対し、発熱体とヒートシンクとの間の絶縁性を確保しながら、接触抵抗を小さくすることにより、全体としての熱伝導性を向上させた熱伝導体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、グラファイトシートの第１の面に第１の絶縁層を設け、グラファイトシートの第１の面とは反対側の第２の面に第２の絶縁層を設けた熱伝導シートであって、グラファイトシートの圧縮率０．１以上とするとともに、第１の絶縁層の厚さをグラファイトシートの厚さの１／１０以下としたものである。

以上のように構成した熱伝導シートの第１の絶縁層側を発熱部品に押し付ける。このときグラファイトシートに圧縮率が０．１以上のものを用いているため、発熱部品の形に添って変形しようとする。グラファイトシートの上の絶縁層が厚いと、グラファイトシートはなだらかな曲面で変形し、十分に発熱部品に沿って変形しない。これに対して第１の絶縁層は、グラファイトシートに対して１／１０以下の厚みしかないため、グラファイトシートをほぼ発熱部品の形に変形させることができ、発熱部品とグラファイトシートとの間の熱抵抗を小さくすることができる。そのため表面の絶縁性を確保するとともに、全体としての熱伝導性を向上させた熱伝導シートを提供することができる。

本発明の一実施の形態における熱伝導シートの断面図 本発明の一実施の形態における熱伝導シートを用いた回路の断面図 本発明の一実施の形態における別の熱伝導シートの断面図 従来の熱伝導シートの断面図

以下、本発明の一実施の形態における熱伝導シートについて、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熱伝導シートの断面図であって、厚さ約７０μｍのグラファイトシート１１の第１面に低密度ポリエチレンからなる厚さ約３μｍの第１の絶縁層１２が設けられている。第１の面とは反対側の第２の面には、厚さ約２０μｍのポリエチレンテレフタレートからなる第２の絶縁層１３が、粘着層１５を介して貼り合せられている。第１の絶縁層１２のヤング率は約０．２ＧＰａ、第２の絶縁層１３のヤング率は約２ＧＰａとなっている。

グラファイトシート１１はポリイミドフィルムを熱分解してグラファイト化した熱分解グラファイトフィルムを用い、内部に空気層を有し、約０．１５の圧縮率のものを用いている。ここでいう圧縮率とは、厚さｔ０にシートに２ｋｇ重／平方センチメートルの圧力を加えたときの厚さをｔ１としたとき、（ｔ０−ｔ１）／ｔ０を圧縮率と定義したものである。このようなグラファイトシートは、発泡剤を多く含有したポリイミドフィルムを熱分解し、このときに発泡させて内部に空気層を有するようにしてグラファイト化することにより得ることができる。

グラファイトシート１１の厚さは、３０μｍ以上３００μｍ以下とすることが望ましい。３０μｍ未満では十分に発泡させて圧縮率を大きくすることが難しく、３００μｍより厚くなると、十分な熱伝導性を得ることが難しくなる。

さらに、グラファイトシート１１の厚さをｔ、グラファイトシートの圧縮率をｒ、第１の絶縁層の厚さをｆとしたとき、（１−ｒ）×ｔ≧５×ｆとなるように構成することが望ましい。

このように構成した熱伝導シートを、第１の絶縁層１２側の面を発熱部品１４に押し付けることにより、図２のようにグラファイトシート１１を発熱部品１４の形状に変形させる。第１の絶縁層１２が厚いとグラファイトシート１１および第１の絶縁層１２は、発熱部品１４に対してなだらかな曲線を描いて変形するため、十分に発熱部品１４に接することができない。本発明の実施形態では、第１の絶縁層１２の厚さをグラファイトシート１１の厚さの１／１０以下と非常に薄くしているため、ほぼ発熱部品１４の形状に沿って変形させることができる。そのため発熱部品１４とグラファイトシート１１との間の熱抵抗を小さくすることができる。

さらに第２の絶縁層１３の厚さを、第１の絶縁層１２の厚さの５倍以上とすることが望ましい。このようにすることにより、第１の絶縁層１２側の面を発熱部品１４に押し付けたときに、反対側の第２の絶縁層１３が支えとなり、グラファイトシート１１と第１の絶縁層１２はより変形しやすくなる。さらに第２の絶縁層１３のヤング率を、第１の絶縁層１２のヤング率の５倍以上とすることが望ましい。このようにすることにより、グラファイトシート１１と第１の絶縁層１２はより変形しやすくなる。

また図３のように、第２の絶縁層１３とグラファイトシート１１とは粘着層１５を介して接着され、第１の絶縁層１２とグラファイトシート１１とは粘着層を介さずに当接され、グラファイトシート１１の周囲で第１の絶縁層１２と第２の絶縁層１３とを粘着層１５を介して接着するようにしても良い。このようにすることにより、第１の絶縁層１２とグラファイトシート１１とは滑りやすいため、グラファイトシート１１が変形したときに、第１の絶縁層１２も同じ形状に変形しやすくなる。

さらに第１の絶縁層１２および第２の絶縁層１３を熱可塑性樹脂で構成し、粘着層を介さずに、グラファイトシート１１の周辺部のみで熱融着させても良い。このようにすることにより、グラファイトシートと熱可塑性樹脂のみで構成することができ、この熱可塑性樹脂にポリイミドのように耐熱性が２００℃以上のものを用いることにより、車載等高い耐熱性を要求される部品にも用いることができる。

なお、第１の絶縁層１２としては、薄いフィルム状のものを用いてもかまわないが、例えばスチレンブタジエンゴムにシクロヘキサノンを加えて液状として、グラファイトシート１１に塗布して乾燥させたものでもかまわない。

本発明に係る熱伝導シートは、表面の電気絶縁性を確保するとともに、発熱部品とグラファイトシートとの間の熱抵抗を小さくすることができ、全体としての熱伝導性を向上させた熱伝導シートを提供することができ、産業上有用である。

１１ グラファイトシート
１２ 第１の絶縁層
１３ 第２の絶縁層
１４ 発熱部品
１５ 粘着層

Claims (8)

1. グラファイトシートの第１の面に第１の絶縁層を設け、前記グラファイトシートの第１の面とは反対側の第２の面に第２の絶縁層を設けた熱伝導シートであって、前記グラファイトシートの圧縮率を０．１以上とするとともに、前記第１の絶縁層の厚さを前記グラファイトシートの厚さの１／１０以下としたことを特徴とする熱伝導シート。
2. 前記第２の絶縁層の厚さを、前記第１の絶縁層の厚さの５倍以上としたことを特徴とする請求項１記載の熱伝導シート。
3. 前記第２の絶縁層と前記グラファイトシートとは粘着層を介して接着され、前記第１の絶縁層と前記グラファイトシートとは粘着層を介さずに当接していることを特徴とする請求項１または２記載の熱伝導シート。
4. 前記第２の絶縁層と前記グラファイトシート、および前記第１の絶縁層と前記グラファイトシートとは接着層を介さずに当接され、前記グラファイトシートの周辺部のみで前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層とが熱融着によって接合されていることを特徴とする請求項１または２記載の熱伝導シート。
5. 前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層は、耐熱性が２００℃以上の熱可塑性樹脂を用いていることを特徴とする請求項４記載の熱伝導シート。
6. 前記グラファイトシートの厚さを３０μｍ以上３００μｍ以下としたことを特徴とする請求項１記載の熱伝導シート。
7. 前記グラファイトシートに熱分解グラファイトシートを用いたことを特徴とする請求項１記載の熱伝導シート。
8. 前記グラファイトシートの厚さをｔ、前記グラファイトシートの圧縮率をｒ、前記第１の絶縁層の厚さをｆとしたとき、
   （１−ｒ）×ｔ≧５×ｆ
   としたことを特徴とする請求項１記載の熱伝導シート。

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