JP2019047080A - 熱伝導部材、プリント回路板および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電子素子からの放熱と不要輻射の抑制との双方を効率的に行える熱伝導部材、熱伝導部材を備えたプリント回路板及び電子機器を提供する。【解決手段】熱伝導部材５は、磁性体５１２を含み、磁性体が所定の配向方向に沿って配向された磁性体含有層５１と、磁性体の配向方向に交差する面を有する金属体５２２を含む金属含有層５２と、を備える。プリント回路板１１は、プリント配線板１２と、プリント配線板に設けられた電子素子と、放熱部材と、電子素子と放熱部材との間に設けられた熱伝導部材と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、熱伝導部材、プリント回路板および電子機器に関する。

プリント配線板に実装されたＬＳＩ等の電子素子の熱を伝導させ、外部に放出させるための熱伝導シートが従来から知られている。

例えば下記の特許文献１には、磁性体粉末、熱伝導性粉末および樹脂を含む電磁波吸収放熱層と、電磁波吸収放熱層上に積層された導電性シールド層と、を備えた電子部品用シートが開示されている。この電子部品用シートは、電磁波吸収放熱層が不要輻射の発生源に近い側に位置するように使用され、不要輻射を有効に低減できるとともに、電子部品からの放熱を効率的に行うことができる、と記載されている。

特開２００２−１９８６８６号公報

特許文献１の電子部品用シートでは、磁性体粉末としてフェライト、センダスト（登録商標）等が用いられ、熱伝導性粉末としてアルミナ、窒化アルミニウム等が用いられ、導電性シールド層として金属箔を含む樹脂が用いられている。このように、金属を含む層を単に重ね合わせただけでは、電磁波吸収放熱層が電磁界を誘導し、電磁界の不要輻射を悪化させる場合がある。

本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、電子素子からの放熱と不要輻射の抑制との双方を効率的に行うことができる熱伝導部材の提供を目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、上記の熱伝導部材を備えたプリント回路板の提供を目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、上記のプリント回路板を備えた電子機器の提供を目的の一つとする。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の熱伝導部材は、磁性体を含み、前記磁性体が所定の配向方向に沿って配向された磁性体含有層と、前記磁性体の前記配向方向に交差する面を有する金属体を含む金属含有層と、を備えたことを特徴とする。

本発明の一つの態様の熱伝導部材において、磁性体含有層中の磁性体が所定の配向方向に沿って配向されているため、例えば電子素子が熱伝導部材の近傍に配置された場合、不要輻射による磁界が前記配向方向に沿って誘導される。ここで、金属含有層中の金属体が前記配向方向（磁界の方向）に交差する面を有するため、金属体に渦電流が発生する。このとき、渦電流は渦電流損となって熱に変換され、この熱は金属含有層から放出される。このように、本発明の一つの態様の熱伝導部材によれば、電子素子からの不要輻射を熱に変換し、その熱を電子素子から発生した熱とともに外部に放出することができる。

本発明の一つの態様の熱伝導部材において、前記磁性体の前記配向方向と前記金属体の前記面とは、垂直であってもよい。

この構成によれば、磁界を効率良く渦電流に変換することができる。

本発明の一つの態様の熱伝導部材において、前記磁性体含有層の１つの面と前記磁性体の前記配向方向とは、垂直であってもよい。

この構成によれば、磁性体含有層を作製しやすい。

本発明の一つの態様の熱伝導部材は、低比誘電率層をさらに備えてもよく、前記低比誘電率層は、前記金属含有層において前記磁性体含有層とは反対側に設けられていてもよい。

この構成によれば、例えば熱伝導部材に放熱部材を設置する場合、金属含有層と放熱部材との電気的結合を低比誘電率層によって低減することができる。

本発明の一つの態様のプリント回路板は、プリント配線板と、前記プリント配線板に設けられた電子素子と、放熱部材と、前記電子素子と前記放熱部材との間に設けられた本発明の一つの態様の熱伝導部材と、を備えたことを特徴とする。

本発明の一つの態様のプリント回路板によれば、電子素子からの不要輻射を熱に変換し、その熱を電子素子から発生した熱とともに放熱部材から外部に放出することができる。

本発明の一つの態様のプリント回路板において、前記熱伝導部材は、前記電子素子が配置される側に前記磁性体含有層が位置し、前記放熱部材が配置される側に前記金属含有層が位置するように配置されていてもよい。

この構成によれば、電子素子から発生する磁界を効率良く渦電流に変換することができ、渦電流損による熱を効率良く放熱部材に伝導させることができる。

本発明の一つの態様のプリント回路板において、前記熱伝導部材は、前記電子素子が配置される側に前記磁性体含有層が位置し、前記放熱部材が配置される側に前記低比誘電率層が位置するように配置されていてもよい。

この構成によれば、金属含有層と放熱部材との電気的結合を低比誘電率層によって低減することができる。

本発明の一つの態様の電子機器は、本発明の一つの態様のプリント回路板を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、信頼性に優れた電子機器を提供することができる。

第１実施形態のプリント回路板の断面図である。 プリント回路板の作用、効果を説明するための図である。 第２実施形態のプリント回路板の断面図である。 第３実施形態のプリント回路板の断面図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１および図２を用いて説明する。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

図１は、本実施形態のプリント回路板の断面図である。
図１に示すように、本実施形態のプリント回路板１１は、プリント配線板１２と、ＬＳＩ１３と、放熱板１４と、熱伝導シート５と、を備えている。本実施形態のＬＳＩ１３は、特許請求の範囲の電子素子に対応する。本実施形態の放熱板１４は、特許請求の範囲の放熱部材に対応する。本実施形態の熱伝導シート５は、特許請求の範囲の熱伝導部材に対応する。

プリント配線板１２は、図示を省略するが、例えば紙フェノール、ガラス・エポキシ等の材料からなる基材の少なくとも１つの面に銅箔からなる配線パターンが設けられた構成を有する。プリント配線板１２として、片面プリント配線板、両面プリント配線板、多層プリント配線板のいずれかが用いられてもよい。また、プリント配線板１２として、可撓性を持たないリジッドプリント配線板が用いられてもよいし、可撓性を有するフレキシブルプリント配線板が用いられてもよい。

ＬＳＩ１３は、プリント配線板１２の一方の面１２ａに設けられている。ＬＳＩ１３は、シリコンからなる半導体チップ１３１と、半導体チップ１３１を覆うパッケージ１３２と、パッケージ１３２の面１３２ｂに設けられた複数の端子１３３と、を備えている。ＬＳＩ１３は、複数の端子１３３を介してプリント配線板１２の配線パターンと電気的に接続される。また、ＬＳＩ１３は、詳細は後述するが、発熱源および不要輻射源となる。なお、本実施形態では、電子素子としてＬＳＩ１３が用いられるが、発熱源および不要輻射源となる他の電子素子が用いられてもよい。

放熱板１４は、例えばアルミニウム、銅等の熱伝導率の高い金属からなる平板で構成されている。本実施形態では、放熱部材として、放熱板１４が用いられるが、例えば放熱用のフィンを備えたヒートシンクが用いられてもよい。

熱伝導シート５は、ＬＳＩ１３と放熱板１４との間に設けられている。熱伝導シート５は、磁性体含有層５１と、金属含有層５２と、低比誘電率層５３と、を備えている。磁性体含有層５１と金属含有層５２と低比誘電率層５３とは、ＬＳＩ１３が配置された側からこの順に積層されている。すなわち、熱伝導シート５は、ＬＳＩ１３が配置された側に磁性体含有層５１が位置し、放熱板１４が配置された側に低比誘電率層５３が位置するように配置されている。

磁性体含有層５１は、母材５１１中に複数の磁性体５１２を含んだ構成を有する。複数の磁性体５１２の各々は、針状、棒状、板状等の形状を有する小片であり、長手方向を有する。磁性体５１２として、例えば酸化鉄を主成分とするフェライト等の軟磁性材料が用いられる。母材５１１として、例えばシリコーン樹脂、アクリル樹脂等が用いられる。

複数の磁性体５１２は、異方性を有する。具体的には、複数の磁性体５１２は、磁性体含有層５１の内部において、各磁性体５１２の長手方向が磁性体含有層５１の面５１ａと略垂直な方向を向くように配向している。以下、複数の磁性体５１２が配向している方向を、磁性体５１２の配向方向と称する。すなわち、複数の磁性体５１２は、磁性体含有層５１において所定の配向方向に沿って配向されている。さらに、磁性体含有層５１の１つの面５１ａと複数の磁性体５１２の所定の配向方向とは垂直である。なお、本実施形態において、磁性体含有層５１の面５１ａは、磁性体含有層５１において後述の金属含有層５２が配置される側の面としているが、ＬＳＩ１３が配置される側の面であってもよい。

なお、実際の磁性体含有層５１では、複数の磁性体５１２の全てが完全に同じ方向に配向しているとは限らず、配向方向がばらつくことが考えられる。その場合、複数の磁性体５１２の平均的な配向方向を磁性体５１２の配向方向とみなし、その配向方向が磁性体含有層５１の面５１ａと略垂直であればよい。

上記構成の磁性体含有層５１を形成する際には、複数の磁性体５１２を含有する母材５１１からなる磁性体含有層材料を準備し、この磁性体含有層材料を強磁場中に置いて複数の磁性体５１２を所定の配向方向に配向させた後、母材５１１を硬化させればよい。

金属含有層５２は、母材５２１中に複数の金属体５２２を含んだ構成を有する。金属体５２２は、例えば板状の微小な金属片で構成される。また、金属体５２２として、例えば銅、鉄等を主成分とする金属材料が用いられる。母材５２１として、例えばシリコーン樹脂、アクリル樹脂等が用いられる。磁性体含有層５１の母材５１１と金属含有層５２の母材５２１とで同種の材料を用いることにより、接着剤等を用いることなく、圧着等の方法を用いて磁性体含有層５１と金属含有層５２とを容易に接合することができる。

複数の金属体５２２は、それぞれ磁性体５１２の配向方向に交差する面５２２ａを有し、また、異方性を有する。具体的には、複数の金属体５２２は、金属含有層５２の内部において、各金属体５２２の面５２２ａが金属含有層５２の面５２ａと略平行な方向を向くように配向している。以下、複数の金属体５２２が配向している方向を、金属体５２２の配向方向と称する。したがって、磁性体５１２の配向方向と金属体５２２の面５２２ａとは垂直である。なお、本実施形態において、金属含有層５２の面５２ａは、金属含有層５２において後述の低比誘電率層５３が配置された側の面としているが、磁性体含有層５１が配置された側の面であってもよい。

なお、実際の金属含有層５２では、複数の金属体５２２の全ての面５２２ａが完全に同じ方向に向いているとは限らず、向きがばらつくことが考えられる。その場合、複数の金属体５２２の面５２２ａの平均的な向きを金属体５２２の面５２２ａの向きとみなし、その面５２２ａが磁性体５１２の配向方向と略垂直であればよい。

低比誘電率層５３は、比誘電率が１０以下の低誘電率材料で構成されており、より好適には、比誘電率が６以下の低誘電率材料で構成される。本実施形態では、低誘電率材料として、例えばアクリル樹脂等が用いられている。低比誘電率層５３は、物体と物体との間に設けられた場合、物体間の電気的結合を低減させる。本実施形態において、低比誘電率層５３は、金属含有層５２において磁性体含有層５１とは反対側に設けられている。

以下、上記構成のプリント回路板１１の作用、効果について説明する。
図２に示すように、本実施形態のプリント回路板１１においては、ＬＳＩ１３の動作時に半導体チップ１３１から電磁界の不要輻射ノイズが生じる。すなわち、電子素子としてのＬＳＩ１３は、不要輻射源となる。また、ＬＳＩ１３が備える半導体チップ１３１は動作時に高温となるため、ＬＳＩ１３は発熱源ともなる。符号Ｆで示す曲線は、不要輻射ノイズによって発生する電界を示す。

プリント回路板１１において、磁性体５１２が所定の配向方向、すなわち磁性体含有層５１の面５１ａに垂直な方向に沿って配向されている。磁性体５１２を構成する軟磁性材料は、透磁率が高く、磁性抵抗が低いため、磁界Ｇの方向が磁性体含有層５１の内部で磁性体５１２の配向方向に沿うように誘導される。このようにして、磁性体含有層５１の面５１ａに垂直な方向に向かう磁界Ｇが形成される。

さらに、金属体５２２が磁性体５１２の配向方向、すなわち磁界Ｇの方向に直交する面５２２ａを有するため、磁界Ｇが金属体５２２の面５２２ａに衝突すると、電磁誘導によって各金属体５２２の内部に渦電流Ｕが発生する。また、金属含有層５２と放熱板１４との電気的結合は低比誘電率層５３によって低減されているため、渦電流Ｕが放熱板１４に流れることはなく、渦電流Ｕは渦電流損となって熱に変換される。特に低比誘電率層５３の比誘電率が１０以下と低いため、電気的抵抗が大きく、放熱板１４に向かう電磁波（不要輻射）の流れが十分に抑制される。したがって、低比誘電率層５３は、不要輻射ノイズを減衰させるとともに、渦電流Ｕから変換された熱を放熱板１４に伝達する。

一方、ＬＳＩ１３、磁性体含有層５１、金属含有層５２、低比誘電率層５３および放熱板１４は、熱的に接続されているため、ＬＳＩ１３の動作時に半導体チップ１３１から発生する熱は、磁性体含有層５１、金属含有層５２および低比誘電率層５３を経て放熱板１４に伝達され、放熱板１４の内部で拡散される。また、上述したように、渦電流損により生じた熱も、金属含有層５２から低比誘電率層５３を介して放熱板１４に伝達される。これらの熱は放熱板１４から外部に放出される。図２において、熱の流れを矢印Ｎで示す。

以上説明したように、本実施形態の熱伝導シート５を備えたプリント回路板１１によれば、ＬＳＩ１３から生じる不要輻射ノイズを熱に変換させて減衰させるとともに、変換した熱をＬＳＩ１３から発生した熱とともに放熱板１４に伝達させ、放熱板１４から外部に放出することができる。このように、ＬＳＩ１３からの放熱と不要輻射ノイズの抑制との双方を効率的に行うことができる。

また、本実施形態の場合、磁性体５１２の配向方向と金属体５２２の面５２２ａとが垂直であるため、磁界Ｇを効率良く渦電流Ｕに変換することができる。また、磁性体含有層５１の面５１ａと磁性体５１２の配向方向とが垂直であるため、磁性体含有層５１を作製しやすい。

本実施形態の場合、金属含有層５２の母材５２１がシリコーン樹脂、アクリル樹脂等の絶縁体で構成されており、さらに、金属含有層５２と放熱板１４との間に低比誘電率層５３が設けられているため、金属含有層５２と放熱板１４との間の絶縁性が十分に確保される。これにより、不要輻射ノイズをより一層抑制することができる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図３を用いて説明する。
第２実施形態のプリント回路板の基本構成は第１実施形態と同様であり、熱伝導シートが第１実施形態の低比誘電率層５３を備えていない点で第１実施形態と異なる。
図３は、本実施形態のプリント回路板の断面図である。
図３において、第１実施形態で用いた図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図３に示すように、本実施形態のプリント回路板２１は、プリント配線板１２と、ＬＳＩ１３と、放熱板１４と、熱伝導シート６と、を備えている。熱伝導シート６は、ＬＳＩ１３と放熱板１４との間に設けられている。熱伝導シート６は、磁性体含有層５１と、金属含有層５２と、を備えている。

本実施形態の熱伝導シート６は、放熱板１４と接触した金属含有層５２を備えており、第１実施形態の低比誘電率層５３を備えていない。熱伝導シート６は、ＬＳＩ１３が配置された側に磁性体含有層５１が位置し、放熱板１４が配置された側に金属含有層５２が位置するように配置されている。

本実施形態のプリント回路板２１においても、第１実施形態と同様に、ＬＳＩ１３からの放熱と不要輻射ノイズの抑制との双方を効率的に行うことができる。

さらに本実施形態の熱伝導シート６は、低比誘電率層５３を備えていないため、コスト低減と薄型化が図れる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図４を用いて説明する。
第３実施形態のプリント回路板の基本構成は第１実施形態と同様であり、熱伝導シートが第１実施形態の金属含有層５２とは異なる金属含有層を備えた点で第１実施形態と異なる。
図４は、本実施形態のプリント回路板の断面図である。
図４において、第１実施形態で用いた図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図４に示すように、本実施形態のプリント回路板３１は、プリント配線板１２と、ＬＳＩ１３と、放熱板１４と、熱伝導シート７と、を備えている。熱伝導シート７は、ＬＳＩ１３と放熱板１４との間に設けられている。熱伝導シート７は、磁性体含有層５１と、金属含有層５５と、低比誘電率層５３と、を備えている。磁性体含有層５１と金属含有層５５と低比誘電率層５３とは、ＬＳＩ１３が配置された側からこの順に積層されている。すなわち、熱伝導シート５は、ＬＳＩ１３が配置された側に磁性体含有層５１が位置し、放熱板１４が配置された側に低比誘電率層５３が位置するように配置されている。

第１、第２実施形態においては、金属含有層５２は、母材５２１中に含有され、板状の微小な金属片で構成された複数の金属体５２２を備えていた。これに対して、本実施形態の熱伝導シート７においては、金属含有層５５の全体が１つの板状の金属体５５１で構成されている。金属体５５１としては、例えば銅、鉄等を主成分とする金属材料が用いられる。金属体５５１は、磁性体含有層５１の面５１ａと平行であって磁性体５１２の配向方向に交差する面５５１ａを有する。より具体的には、磁性体５１２の配向方向と金属体５５１の面５５１ａとは、垂直である。なお、本実施形態において、金属含有層５５の面５５１ａは、金属含有層５５において低比誘電率層５３が配置された側の面としているが、磁性体含有層５１が配置された側の面であってもよい。

本実施形態のプリント回路板３１においても、上記実施形態と同様に、ＬＳＩ１３からの放熱と不要輻射ノイズの抑制との双方を効率的に行うことができる。

さらに本実施形態の場合、金属含有層５５の全体が板状の金属体５５１で構成されているため、金属含有層５５の形成が容易である。

［電子機器］
本発明の一実施形態の電子機器として、例えばプロジェクター等の表示装置を含む各種の電子機器が挙げられる。これらの電子機器は、上記実施形態のプリント回路板を備える。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、磁性体の配向方向と金属体の面とは垂直であったが、磁性体の配向方向と金属体の面とは、必ずしも垂直でなくてもよく、交差していればよく、渦電流を発生させることができる。また、磁性体含有層の面と磁性体の配向方向についても、必ずしも垂直でなくてもよく、交差していればよい。

また、上記実施形態では、金属含有層が板状の金属体を含んでいたが、金属体は必ずしも板状でなくてもよく、磁性体の配向方向に交差する面を有し、渦電流が発生できるものであればよい。

また、熱伝導部材およびプリント回路板を構成する各構成要素の形状、寸法、配置、数等の具体的な構成については、適宜変更が可能である。例えば、熱伝導部材は、シート状でなくてもよい。

５，６，７…熱伝導シート（熱伝導部材）、１１，２１，３１…プリント回路板、１２…プリント配線板、５１…磁性体含有層、５２，５５…金属含有層、５３…低比誘電率層、５１２…磁性体、５２２，５５１…金属体。

Claims (9)

1. 磁性体を含み、前記磁性体が所定の配向方向に沿って配向された磁性体含有層と、
   前記磁性体の前記配向方向に交差する面を有する金属体を含む金属含有層と、
   を備えたことを特徴とする熱伝導部材。
2. 前記磁性体の前記配向方向と前記金属体の前記面とは、垂直であることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導部材。
3. 前記磁性体含有層の１つの面と前記磁性体の前記配向方向とは、垂直であることを特徴とする請求項２に記載の熱伝導部材。
4. 低比誘電率層をさらに備え、
   前記低比誘電率層は、前記金属含有層において前記磁性体含有層とは反対側に設けられたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の熱伝導部材。
5. プリント配線板と、
   前記プリント配線板に設けられた電子素子と、
   放熱部材と、
   前記電子素子と前記放熱部材との間に設けられた請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の熱伝導部材と、
   を備えたことを特徴とするプリント回路板。
6. 前記熱伝導部材は、前記電子素子が配置される側に前記磁性体含有層が位置し、前記放熱部材が配置される側に前記金属含有層が位置するように配置されたことを特徴とする請求項５に記載のプリント回路板。
7. プリント配線板と、
   前記プリント配線板に設けられた電子素子と、
   放熱部材と、
   前記電子素子と前記放熱部材との間に設けられた請求項４に記載の熱伝導部材と、
   を備えたことを特徴とするプリント回路板。
8. 前記熱伝導部材は、前記電子素子が配置される側に前記磁性体含有層が位置し、前記放熱部材が配置される側に前記低比誘電率層が位置するように配置されたことを特徴とする請求項７に記載のプリント回路板。
9. 請求項５から請求項８までのいずれか一項に記載のプリント回路板を備えたことを特徴とする電子機器。

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