JP2020009974A - 熱伝導組成物 - Google Patents

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Toru Matsuzaki
徹 松崎
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Yasuhiro Kawaguchi
康弘 川口
政宏 齋藤
Masahiro Saito
政宏 齋藤
堅祐 三ツ矢
Kensuke Mitsuya
堅祐 三ツ矢
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Toshiyuki Omori
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Abstract

【課題】熱伝導組成物において、周波数帯域に関わらず、電磁波を抑制する。【解決手段】熱伝導組成物が、母材と、母材よりも低い誘電率を有する誘電率調整フィラー、及び母材よりも高い透磁率を有する高透磁率フィラーの両方、又はそのいずれか一方のフィラーとを含み、比透磁率１を超え、かつ、比誘電率７以下であるようにした。熱伝導組成物の比透磁率が１を超えるようにしたことにより、約１ＧＨｚを超える高周波帯域の電磁波を抑制できる。また、熱伝導組成物の比誘電率を７以下としたことにより、この熱伝導組成物をＩＣ等の電子部品と放熱器との間に挟むことで、放熱器の共振周波数を高周波数側にシフトさせることができるので、特に、１ＧＨｚ未満等の比較的低い周波数帯域の電磁波を抑制できる。このように、本発明の熱伝導組成物によれば、周波数帯域に関わらず、電磁波を抑制できる。【選択図】図３

Description

本発明は、電子部品等の発熱源からの放熱を促すための熱伝導組成物に関する。
従来から、熱伝導性に優れた熱伝導シート等の熱伝導組成物が製造されている。この熱伝導シート等の熱伝導組成物は、例えば、電子部品等の発熱源と、ヒートシンク等の放熱器との間に挟まれて、発熱源からの熱を放熱器に効率的に伝えて逃がす（放熱する）ために利用されている。そして、上記の熱伝導組成物は、その熱伝導性（熱伝導率）を高めるために、熱伝導性の高いミクロサイズやナノサイズの物質（以下、熱伝導フィラーと云う）、例えば、アルミナ等の絶縁性セラミックスを多く含有する組成とされることが一般的であった。
しかしながら、従来の熱伝導フィラーのみを含有した熱伝導シート等の熱伝導組成物では、電子部品等の発熱には対処できるが、ＩＣ等の電子部品から発生する電磁波（ノイズ）を抑制（吸収）することはできない。この問題は以下のような現象により発生する。電磁波を発生させるＩＣ等の電子部品の近傍に、電気導電性をもつ金属体が存在すると、ＩＣ等から放射された電磁波は該金属体に誘導される。該金属体は、その寸法と誘導された電磁波の周波数とにより、共振現象を発生させ、一種のアンテナとして作用し、より大きな電磁波を金属体から放射させることが一般的に知られている。
放熱器は通常、アルミ等の金属体で構成されており、ＩＣ等の近傍に設置されているため、上記のような電磁波の問題が発生していた。さらに、ＩＣ等と金属体との間に、空気よりも高い誘電率をもつ熱伝導シートが挟み込んで設置されると、金属体の共振周波数は、空気と比較して低周波側にシフトすることも知られていた。また、誘電率の高い物質がＩＣ等と放熱器との間に存在すると、静電容量が大きくなり、ＩＣ等から放射される電磁波を効率良く放熱器に伝播させることで、放熱器から放射される電磁波はさらに大きくなる。近年では、熱伝導率を高くする目的で、熱伝導フィラーにカーボン等を含有した熱伝導シートがあるが、カーボンは誘電率が非常に高く、放熱器から放射される電磁波の電界強度も高くなり問題解決に苦慮している。なお、共振とは、特定周波数でインピーダンスが極端に変化する現象のことであり、インピーダンスの変化に伴い、電圧もしくは電流が変化し、電磁波障害が発生しやすくなる原因になる。
そこで、熱伝導シートに、フェライト等の磁性フィラー（高透磁率フィラー）を含有させて、熱伝導電磁波吸収シートとし、このシートで電子部品を覆うことにより、ＩＣ等の電子部品から発生する電磁波を吸収させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このフェライト等の磁性フィラーを含有させたシートによれば、上記の電子部品が発生させる電磁波に、放熱器が共振して発生させる電磁波のうち、特に高周波数帯域の電磁波を抑制できる。
特開２０１６−９２１１８号公報
ところが、上記特許文献１に記載されたフェライト等の磁性フィラーを含有させた熱伝導シートでは、比較的高い周波数の帯域、例えば、１ＧＨｚ以上の周波数帯域の電磁波を抑制できるが、比較的低い周波数の帯域、例えば１ＧＨｚ未満の周波数帯域の電磁波を抑制することは難しい。この理由は、以下の通りである。磁性フィラーを含有した熱伝導シートは、磁性フィラーを含有させただけで誘電率が高くなり、放熱器である金属体の共振周波数は低周波側にシフトする。そして、誘電率が高くなる程、低周波側に共振周波数のシフトする幅も広くなる。そのため、磁性フィラーを含有させただけで、１つ目の（最も低い）共振周波数は低周波側に大きくシフトし、シフト後の当該共振周波数以下での電磁波の電界強度は高くなる。例えば、放熱器の１辺が100mm程度で、熱伝導性シートが無い場合、１つ目の共振周波数は1.2GHz前後であり、それ以下の周波数、すなわち約１GHz以下の周波数帯域では、誘電率が高いほど、上記の原理で放熱器からの電界強度は高くなる。つまり、磁性フィラーだけを含有させた熱伝導シートでは、比較的低い周波数帯域（例えば、１ＧＨｚ未満の周波数帯域）の電磁波を抑制することができないばかりか、大幅に電磁波の電界強度を高めてしまう。
本発明は、上記課題を解決するものであり、周波数帯域に関わらず、電磁波を抑制することが可能な熱伝導組成物を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様による熱伝導組成物は、母材と、前記母材よりも低い誘電率を有する誘電率調整フィラー、及び前記母材よりも高い透磁率を有する高透磁率フィラーとを含む熱伝導組成物であって、比透磁率１を超え、かつ、比誘電率７以下のものである。
本発明の第２の態様による熱伝導組成物は、母材と、前記母材よりも低い誘電率を有する誘電率調整フィラーと前記母材よりも高い透磁率を有する高透磁率フィラーのいずれか一方とを含む熱伝導組成物であって、比透磁率１を超え、かつ、比誘電率７以下のものである。
上記の各態様による熱伝導組成物は、前記母材よりも高い熱伝導率を有することが好ましい。
上記の各態様による熱伝導組成物において、前記誘電率調整フィラー及び前記高透磁率フィラー、又はそのいずれか一方のフィラーは、内部に空気領域を有するものであってもよい。
上記の各態様による熱伝導組成物において、前記誘電率調整フィラーは、窒化ホウ素、及びシリカから構成される群から選択された物質であってもよい。
上記の各態様による熱伝導組成物において、前記比透磁率（複素比透磁率)は、虚数部を有することが望ましい。
本発明によれば、熱伝導組成物における比透磁率が１を超えるようにしたことで、従来のフェライト等の磁性フィラーを含有させた熱伝導シート等の熱伝導組成物と同様に、約１ＧＨｚを超える高周波帯域の電磁波を抑制できる。また、熱伝導組成物における比誘電率を７以下という低い値にしたことで、熱伝導組成物をＩＣ等の電子部品とヒートシンク等の放熱器との間に挟むことで、ＩＣ等の電子部品と放熱器との間の静電容量を小さくして、ＩＣ等の電子部品から放射される電磁波を放熱器に伝播しにくくできるので、放熱器から放射される電磁波を抑制できる。また、上記のように、熱伝導組成物における比誘電率を７以下という低い値にすることにより、特に、比較的低い周波数帯域（例えば、１ＧＨｚ未満の周波数帯域）における電磁波の抑制効果を大きくできる。
この理由は、以下の通りである。すなわち、ＩＣ等の電子部品と放熱器との間に挟まれる熱伝導組成物の比誘電率が高くなればなる程、放熱器の共振周波数が、低周波数側にシフトするので、上記の比較的低い周波数帯域では、熱伝導組成物の比誘電率が高い程、放熱器からの電磁波の電界強度が高くなる。これに対して、本発明の熱伝導組成物では、上記のように、比誘電率を７以下という低い値にしたことにより、放熱器の共振周波数を高周波数側にシフトさせることができるので、比較的低い周波数帯域（例えば、１ＧＨｚ未満の周波数帯域）の電磁波の抑制効果を大きくできる。このように、本発明の熱伝導組成物によれば、周波数帯域に関わらず（高周波帯域でも、低い周波数帯域でも）、電磁波を抑制できる。
本発明の一実施形態の熱伝導組成物である熱伝導シートの断面図。 同熱伝導シートの使用方法を説明するための、同熱伝導シート周辺の部材の断面図。 実施例１〜２と比較例１〜３の各シートの比誘電率と比透磁率とを示す図。 ヒートシンクの面積が１５０ｍｍ×１５０ｍｍである場合における、実施例１と比較例１〜３の各シートを用いた時のヒートシンクからの電磁波の測定結果を示すグラフ。 図４中の１ＧＨｚ以下の部分を拡大したグラフ。 ヒートシンクの面積が１００ｍｍ×１００ｍｍである場合における、実施例１と比較例１〜３の各シートを用いた時のヒートシンクからの電磁波の測定結果を示すグラフ。 ヒートシンクの面積が５０ｍｍ×５０ｍｍである場合に、熱伝導シートの透磁率損失ｔａｎδのみを変化させた時の、ヒートシンクからの電磁波の電界強度のシミュレーション結果を示すグラフ。
以下、本発明を具体化した実施形態による熱伝導組成物について説明する。本実施形態では、熱伝導組成物が、熱伝導シートである場合の例について説明する。
（熱伝導シートの材料について）
図１は、本実施形態による熱伝導シートの構成を模式的に表した断面図である。図１に示すように、熱伝導シート１は、母材２と、母材２よりも低い誘電率を有する誘電率調整フィラー３と、母材２よりも高い透磁率を有する高透磁率フィラー４とを含んでいる。この熱伝導シート１では、誘電率調整フィラー３を用いて、熱伝導シート１全体の比誘電率を、７以下に低下させている。また、この熱伝導シート１では、高透磁率フィラー４を用いて、熱伝導シート１全体の比透磁率を、１を超えるように高めている。
上記の母材２としては、例えば、アクリルポリマー等のアクリル樹脂や、シリコーン樹脂、その他の一般的な樹脂が適宜使用可能である。アクリルポリマーとは、（メタ）アクリル酸エステルを含むモノマーを重合したポリマーと、（メタ）アクリル酸エステルと、を含むアクリル系樹脂を重合又は共重合させたものである。
上記の誘電率調整フィラー３は、内部に空気領域を有するフィラー（以下、「中空フィラー」という）であってもよいし、窒化ホウ素、及びシリカ（二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、もしくは二酸化ケイ素によって構成される物質の総称）から構成される群から選択された物質であってもよい。上記の中空フィラーの例としては、アクリル系バルーン等の有機系バルーンや、パーライトバルーン、フライアッシュバルーン、シラスバルーン、ガラスバルーン等があげられる。ここで、パーライトバルーンとは、火山岩として産出されるパーライト原石や、珪藻土等を高温で熱処理してできる人工発泡体である。
上記の誘電率調整フィラー３を使用する（含有させる）ことにより、熱伝導シート１における比誘電率を低下させることができる。ここで、誘電率調整フィラー３として中空フィラーを含有させた場合に、熱伝導シート１における比誘電率を低下させることができる理由は、中空フィラーの内部は気体のため比誘電率が低いからである。
また、上記の高透磁率フィラー４の例としては、ソフトフェライト等の金属酸化物のフィラーがあげられる。ここで、ソフトフェライトとは、フェライト（酸化鉄を主成分とするセラミックスの総称）のうち、軟磁性を示すものを意味する。この高透磁率フィラー４を使用することにより、熱伝導シート１における比透磁率を高めることができる。また、詳細については後述するが、上記のように、高透磁率フィラー４を用いて、熱伝導シート１の比透磁率を高めることにより、熱伝導シート１の比透磁率が、虚数部（μ″）を有することができる。この虚数部が存在すると、電磁波のエネルギーの一部が、熱に変換されるので、電磁波を抑制する効果を高めることができる。
また、本実施形態の熱伝導シート１は、上記の誘電率調整フィラー３及び高透磁率フィラー４に加えて、熱伝導率調整用のフィラー（以下、「熱伝導フィラー」と云う）や、粘度調整用のフィラー（以下、「粘度調整フィラー」と云う）を含んでいてもよい。熱伝導フィラーの例としては、安価な水酸化アルミニウムに加えて、アルミナ、炭化ケイ素、水酸化マグネシウム等があげられる。なお、誘電率調整フィラー３として用いる窒化ホウ素を、熱伝導フィラーに兼用してもよい。熱伝導フィラーを熱伝導シート１に含有させることにより、熱伝導シート１全体の熱伝導率を、母材２よりも高い熱伝導率にできる。このように熱伝導シート１の熱伝導率を高めることにより、熱伝導シート１と接している素子等の発熱源に熱が溜まりにくくなる。そして、素子等の発熱源に熱が溜まりにくいことで、耐熱性や耐久性の向上といった効果が得られる。また、発熱源の材質によっては、熱膨張を抑制するため、歪抑制の効果も得られる。その他にも、熱が溜まりにくくなることから、化学的な劣化（あるいは腐食）の進行を抑制する効果をもつことや、装置使用者の低温やけど等の事故を防止できる。
また、上記の粘度調整フィラーの例としては、熱伝導フィラーでもある水酸化マグネシウム等があげられる。水酸化マグネシウム等の粘度調整フィラーを熱伝導シート１に含有させることにより、熱伝導シート１全体の粘度を高めることができる。熱伝導シート全体の粘度を高めることにより、シート内に含まれるフィラーの分離を抑制できる。また、流動性が高すぎないことで、シート成形時の寸法安定性が向上し、結果として歩留まり率（良品率）を向上させることができる。
（熱伝導シートの製造方法）
次に、熱伝導シート１の製造方法の例について説明する。先ず、アクリル樹脂等の母材２に、誘電率調整フィラー３、高透磁率フィラー４等のフィラーを混合・混錬することで、母材２内に、各種のフィラーを均質に分散させた熱伝導材を作成する。そして、この熱伝導材をシート状に成形することにより、熱伝導シート１を得ることができる。熱伝導材１をシート状に成形することで、発熱源や放熱器の表面の微細な凹凸に追従しやすくなり、発熱源や放熱器との接触熱抵抗を低下させることができる。また、熱伝導シート１の発熱源や放熱器への貼り付けの作業性を向上させる効果や、貼り付ける対象への負荷を減らすことができるという効果をもつ。
上記の混合の方法としては、真空脱泡ミキサー等の機械を用いて混練する方法の他、押出混練機、２本ロール、ニーダ、バンバリーミキサー等の種々の方法を適用できる。
上記の成形の方法としては、コーター、カレンダロール、押出混練機、プレス等の機械を用いて成形する方法等、種々の方法を適用できる。これらの方法のうち、コーターを用いて成形する方法は、薄いシートの作製が簡単にできる、生産性がよいため大量生産に向いている、シートの厚さ精度が出し易い、といった点で望ましい。
（熱伝導シートの使用方法の例）
次に、図２を参照して、本実施形態の熱伝導シート１の使用方法の一例について説明する。図２に示されるように、熱伝導シート１は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）１２と、ヒートシンク１３との間に挟んで使用される。このように使用すると、熱伝導シート１の（図示で）上面と下面とが、それぞれ、ヒートシンク１３の下面と、ＩＣ１２の上面とに接するようにできるので、熱伝導シート１は、発熱源であるＩＣ１２からの熱を、ヒートシンク１３に効率的に逃がすことができる。なお、図２において、ＩＣ１２は、プリント基板１４に取り付けられており、このプリント基板１４における一番下の層は、グランド層１５を形成している。図２におけるδＴ、δＩＣ、δＳは、それぞれ、熱伝導シート１、ＩＣ１２、プリント基板１４の厚みを表している。また、図２におけるμｅｆｆ、εｅｆｆは、それぞれ、ヒートシンク１３と（プリント基板１４の）グランド層１５との間の材料（熱伝導シート１、ＩＣ１２、プリント基板１４、及び空気）の平均の比透磁率と平均の比誘電率を表している。なお、図２中の破線で囲まれた領域は、上記のヒートシンク１３とグランド層１５との間の材料を表している。
従来の熱伝導シートを、上記のように使用すると、ＩＣが発生させる電磁波にヒートシンクが共振して、一種のアンテナとして作用し、大きな電磁波を発生させてしまうという問題があった。しかしながら、本実施形態の熱伝導シート１によれば、高透磁率フィラー４を用いて、熱伝導シート１全体の比透磁率が１を超えるようにしたことで、約１ＧＨｚを超える高周波帯域の電磁波を抑制できる。また、誘電率調整フィラー３を用いて、熱伝導シート１全体の比誘電率を７以下という低い値にしたことにより、熱伝導シート１をＩＣ１２とヒートシンク１３との間に挟むことで、ＩＣ１２とヒートシンク１３との間の静電容量を小さくして、ＩＣ１２から放射される電磁波をヒートシンク１３に伝播しにくくでき、ヒートシンク１３から放射される電磁波を抑制できる。上記のように、熱伝導シート１全体の比誘電率を７以下という低い値にすることにより、特に、比較的低い周波数帯域（例えば、１ＧＨｚ未満の周波数帯域）における電磁波の抑制効果を大きくできる。この理由は、以下の通りである。すなわち、ＩＣ１２とヒートシンク１３との間に挟まれる熱伝導シート１の比誘電率が高くなる程、ヒートシンク１３の共振周波数が、低周波数側にシフトするので、上記の比較的低い周波数帯域では、比誘電率が高い程、ヒートシンク１３からの電磁波の電界強度が高くなる。これに対して、本発明の熱伝導シート１では、上記のように、比誘電率を７以下という低い値にしたことにより、ヒートシンク１３の共振周波数を高周波数側にシフトさせることができ、上記の比較的低い周波数帯域（例えば、１ＧＨｚ未満の周波数帯域）の電磁波の抑制効果を大きくできる。このように、本実施形態の熱伝導シート１によれば、周波数帯域に関わらず、電磁波を抑制できる。
＜実施例＞
以下に、実施例により、上記の熱伝導シート１について、さらに詳細に説明する。
（実施例１）
実施例1の熱伝導シート１には、母材２として、汎用のアクリルポリマーを用いた。また、誘電率調整フィラー３として、パーライトバルーンを用い、高透磁率フィラー４として、粒径の異なる２種類のＮｉ−Ｚｎ系ソフトフェライトを用いた。母材２に対する各フィラーの配合割合は、アクリルポリマーが約１４ｗｔ％であるのに対し、２種類のＮｉ−Ｚｎ系ソフトフェライトは、粒径の大きな物が約２７ｗｔ％、粒径の小さな物が約５３ｗｔ％であり、パーライトバルーンは約６ｗｔ％であった。また、この熱伝導シート１には、酸化防止剤、架橋剤、多官能モノマー等の添加剤も加えた。母材２に対する各添加剤の配合割合は、酸化防止剤は約０．０５ｗｔ％、架橋剤は約０．１４ｗｔ％、多官能モノマーは約０．０２ｗｔ％であった。
図３に示すように、実施例1の熱伝導シート１の比誘電率は、７．０であり、比透磁率は、７であった。
（実施例２）
実施例２の熱伝導シート１には、母材２として、汎用のアクリルポリマーを用いた。また、誘電率調整フィラー３として、有機系バルーンの一種であるアクリル系バルーン（製品名「Ｅｘｐａｎｃｅｌ ９２０ ＤＥ ４０ ｄ３０」：Ａｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ Ｐｕｌｐ ａｎｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ ＡＢ製）を用い、高透磁率フィラー４として、粒径の異なる２種類のＮｉ−Ｚｎ系ソフトフェライトを用いた。さらに、この熱伝導シート１には、熱伝導フィラーとして、安価な水酸化アルミニウムを含有させ、粘度調整フィラーとして、粘度を高める働きのある水酸化マグネシウムを含有させた。母材２に対する各フィラーの配合割合は、アクリルポリマーが約１１ｗｔ％であるのに対し、２種類のＮｉ−Ｚｎ系ソフトフェライトは、粒径の大きな物が約２７ｗｔ％、粒径の小さな物が約５４ｗｔ％であり、水酸化アルミニウムは約４ｗｔ％、水酸化マグネシウムは約３ｗｔ％、アクリル系バルーンは約０．３ｗｔ％であった。また、この熱伝導シート１には、酸化防止剤、架橋剤、多官能モノマー等の添加剤も加えた。母材２に対する各添加剤の配合割合は、酸化防止剤は約０．０４ｗｔ％、架橋剤は約０．１１ｗｔ％、多官能モノマーは約０．０１ｗｔ％であった。
図３に示すように、実施例２の熱伝導シート１の比誘電率は、７．０であり、比透磁率は、７であった。
（比較例１）
比較例1のシートの母材、高透磁率フィラー、熱伝導フィラー、及び粘度調整フィラーの材料は、実施例1の熱伝導シート１と同じである。ただし、この比較例1のシートには、実施例1の熱伝導シート１と異なり、誘電率調整フィラーであるパーライトバルーンを含有させなかった。
図３に示すように、比較例1のシートの比誘電率は、１０．８であり、比透磁率は、１３であった。比較例1のシートでは、誘電率調整フィラーであるパーライトバルーンを含有させなかったために、実施例1の熱伝導シート１と比べて、比誘電率が高くなった。
（比較例２）
比較例２のシートには、母材として、汎用のシリコーン樹脂を用いた。また、この比較例２のシートには、熱伝導フィラーとして、炭化ケイ素を用いた。この炭化ケイ素を含有させたことにより、図３に示すように、比較例２のシートの比誘電率は、３４．０という高い値になった。また、この比較例２のシートには、実施例1の熱伝導シート１と異なり、高透磁率フィラー及び誘電率調整フィラーを含有させなかった。比較例２のシートは、高透磁率フィラーを含んでいないため、図３に示すように、比透磁率が１であった。
（比較例３）
比較例３のシートには、母材として、汎用のアクリルポリマーを用いた。また、この比較例３のシートには、実施例1の熱伝導シート１と同様に、誘電率調整フィラーであるパーライトバルーンを含有させたが、実施例1の熱伝導シート１と異なり、高透磁率フィラーを含有させなかった。このため、図３に示すように、比較例３のシートは、比誘電率が、２．１という低い値になり、比透磁率が１になった。なお、比較例３のシートには、実施例1の熱伝導シート１と同様に、熱伝導フィラーを含有させなかった。
（電磁波の電界強度の測定）
上記実施例１の熱伝導シート１、及び比較例１〜３のシートから、３０ｍｍ×３０ｍｍ×３．５ｍｍの試験片を切り出し、これらのシート（試験片）を、１５０ｍｍ×１５０ｍｍのヒートシンク１３と、ＩＣ１２との間に挟んで、ヒートシンク１３からの電磁波の電界強度を測定した。この電磁波の電界強度の測定結果を、図４及び図５に示す。図５は、図４中の１ＧＨｚ以下の部分の拡大図である。また、図４及び図５における「シート無し」のグラフは、ヒートシンク１３とＩＣ１２との間に、シートを挟まず、シートの厚みと同等の間隔をあけた（空気のみを介在させた）場合の測定結果を示している。
まず、図４及び図５を参照して、各シートの比誘電率の大きさが、電磁波抑制機能に与えた影響について説明する。説明の都合上、図４に示す測定結果のグラフのうち、図３に示すように比透磁率が１である比較例２及び比較例３のシートと、シート無しの場合のグラフについて注目する。ここで、シート無しの場合は、比誘電率がほぼ１である空気を、シートの代わりに挟んだと考えられる。従って、図３に示す比誘電率も考慮すると、比誘電率は、シート無し（空気）、比較例３のシート、比較例２のシートの順に高くなる。そして、図４に示す測定結果のグラフを見ると、ヒートシンク１３からの電磁波の大きさも、少なくとも、１．４ＧＨｚ以下の周波数帯域の電磁波については、シート無し（空気）、比較例３のシート、比較例２のシートの順に大きくなる。このことから、少なくとも、１．４ＧＨｚ以下の周波数帯域の電磁波については、ヒートシンク１３とＩＣ１２との間に挟むシートの比誘電率が高い程、大きくなることを確認できた。言い換えると、ヒートシンク１３とＩＣ１２との間に挟むシートの比誘電率を低くすることにより、少なくとも、１．４ＧＨｚ以下の周波数帯域については、ヒートシンク１３からの電磁波を抑制できることを確認した。
上記の点について、より詳細に説明すると、図４における１．４ＧＨｚ〜１．５ＧＨｚ近辺に存在する共振（「シート無し」の波形における（左から）２つ目の共振に対応）に注目すると、シート無し、比較例３のシート、及び比較例２のシートの共振のピークは、これらのシートの比誘電率が高い順に、図４中の矢印ＡＲ１で示すように、左斜め上の方向にシフトした。すなわち、比誘電率が２．１の比較例３のシートは、（比誘電率がほぼ１の空気のみを挟んだ）シート無しの場合に比べて、上記の共振のピークの周波数が、矢印Ａに示す分だけ、低周波数側に移動し、かつ、ヒートシンク１３からの電磁波が、矢印Ｄに示す分だけ、大きくなった。また、比誘電率が３４．０の比較例２のシートは、シート無しの場合に比べて、上記の共振のピークの周波数が、矢印Ｂに示す分だけ、低周波数側に移動し、かつ、ヒートシンク１３からの電磁波が、矢印Ｅに示す分だけ、大きくなった。よって、比誘電率が３４．０の比較例２のシートは、比誘電率が２．１の比較例３のシートに比べて、上記の共振のピークの周波数が、矢印Ｃに示す分だけ、低周波数側に移動し、かつ、ヒートシンク１３からの電磁波が、矢印Ｆに示す分だけ、大きくなった。
また、図５における８５０ＭＨｚ〜９００ＭＨｚの間の周波数帯域に存在する共振（「シート無し」の波形における（左から）１つ目の共振に相当）についても、シート無し、比較例３のシート、及び比較例２のシートの共振のピークは、この順番に（これらのシートの比誘電率が高い程）、図５中の矢印ＡＲ２で示すように、左斜め上の方向にシフトした。すなわち、比誘電率が２．１の比較例３のシートは、（比誘電率がほぼ１の空気のみを挟んだ）シート無しの場合に比べて、上記の共振のピークの周波数が、矢印Ｇに示す分だけ、低周波数側に移動し、かつ、ヒートシンク１３からの電磁波が、矢印Ｊに示す分だけ、大きくなった。また、比誘電率が３４．０の比較例２のシートは、シート無しの場合に比べて、上記の共振のピークの周波数が、矢印Ｈに示す分だけ、低周波数側に移動し、かつ、ヒートシンク１３からの電磁波が、矢印Ｋに示す分だけ、大きくなった。よって、比誘電率が３４．０の比較例２のシートは、比誘電率が２．１の比較例３のシートに比べて、上記の共振のピークの周波数が、矢印Ｉに示す分だけ、低周波数側に移動し、かつ、ヒートシンク１３からの電磁波が、矢印Ｌに示す分だけ、大きくなった。
上記のように、ヒートシンク１３とＩＣ１２との間に挟むシートの比透磁率が同じ場合、シートの比誘電率が低い程、少なくとも、１．４ＧＨｚ以下の周波数帯域の電磁波を抑制する機能は高くなる。この一つ目の理由は、シートの比誘電率が低い程、このシートをヒートシンク１３とＩＣ１２との間に挟むことにより、ヒートシンク１３とＩＣ１２との間の静電容量を小さくして、ＩＣ１２から放射される電磁波をヒートシンク１３に伝播しにくくでき、ヒートシンク１３から放射される電磁波を抑制できるからである。また、二つ目の理由は、シートの比透磁率が同じ場合、比誘電率が低い程、一つ目の（グラフの一番左側の）共振周波数を高くする（グラフの右側に移動させる）ことができるので、特に、一つ目の共振周波数よりも低い周波数帯域の電磁波については、シートの比誘電率を低くすることにより生じる、電磁波の抑制効果が高くなるからである。
次に、図６を参照して、上記図４及び図５に示す測定結果のデータを採取した時のテスト条件のうち、ヒートシンク１３の面積を１００ｍｍ×１００ｍｍに変更した場合に、各シートの比誘電率の大きさが、電磁波抑制機能に与えた影響について説明する。図６に示すように、ヒートシンク１３の面積を１００ｍｍ×１００ｍｍに変更した場合には、少なくとも、１ＧＨｚ以下の周波数帯域の電磁波については、ヒートシンク１３とＩＣ１２との間に挟むシートの比誘電率が低い程小さくなる（電磁波の大きさが、比較例２、比較例１、実施例１、比較例３、シート無しの順になる）ことを確認できた。言い換えると、ヒートシンク１３とＩＣ１２との間に挟むシートの比誘電率を低くすることにより、少なくとも、１ＧＨｚ以下の周波数帯域については、ヒートシンク１３からの電磁波を抑制できることを確認した。
従って、上記図４乃至図６の測定結果の全体から、ヒートシンク１３とＩＣ１２との間に挟むシートの比誘電率を低くすることにより、少なくとも、１ＧＨｚ以下の周波数帯域については、ヒートシンク１３からの電磁波を抑制できることを確認した。
ただし、シートの比誘電率を低くするだけでは、約１ＧＨｚを超える高周波数帯域における電磁波を抑制することは難しく、共振のピーク近辺における電磁波を抑制する効果も限定的である。そこで、実施例1の熱伝導シート１は、高透磁率フィラー４であるソフトフェライトを用いて、熱伝導シート１全体の比透磁率を７以上にすることにより、約１ＧＨｚを超える高周波帯域の電磁波を抑制すると共に、上記の共振のピーク近辺における電磁波を抑制する効果を高めることができるようにした。
次に、図４乃至図６を参照して、実施例1の熱伝導シート１を含む各シートの比透磁率の大きさが、電磁波抑制機能に与えた影響について説明する。
まず、図４及び図６の測定結果から、空気よりも明確に高い比透磁率を有する実施例1及び比較例１のシートは、比透磁率が１（空気と同じ比透磁率）の比較例２及び比較例３のシートに比べて、５００ＭＨｚ〜３ＧＨｚの全周波数帯域における平均的な電磁波抑制効果が高いことを確認できた。そして、比透磁率が高い実施例1及び比較例１のシートは、電磁波の周波数帯域が高くなればなる程、電磁波抑制効果が高くなることを確認できた。特に、２ＧＨｚを超える高周波数帯域では、比透磁率が高い実施例1及び比較例１のシートは、シート無しの場合と比べても、ヒートシンク１３からの電磁波の大きさを小さくすることができた。なお、実施例1の熱伝導シート１と比較例１のシートとを比較すると、比較例１のシートの方が、比透磁率が高いので、図４及び図６のグラフにおいて、高周波数帯域では、比透磁率の高い比較例１のシートの方が、実施例1の熱伝導シート１よりも、ヒートシンク１３からの電磁波を抑制することができた。
また、図４乃至図６の測定結果から、比透磁率が高い実施例1及び比較例１のシートは、比透磁率が１の比較例２及び比較例３のシートに比べて、共振のピーク近辺における電磁波を抑制する効果が大きいことを確認できた。例えば、図４及び図５に示す１つ目の（グラフの一番左側の）共振に注目すると、比透磁率が高い実施例1及び比較例１のシートを用いた場合、比透磁率が１の比較例２及び比較例３のシートを用いた場合や、シート無しの場合と比べて、この共振のピーク近辺における電磁波を大きく抑制することを確認できた。
上記のように、図４乃至図６の測定結果から、ヒートシンク１３とＩＣ１２との間に挟むシートの比誘電率を低くすればする程、少なくとも、１ＧＨｚ以下の周波数帯域の電磁波については、ヒートシンク１３からの電磁波を抑制できることを確認した。また、上記の測定結果から、ヒートシンク１３とＩＣ１２との間に挟むシートの比透磁率を高くすればする程、５００ＭＨｚ〜３ＧＨｚの全周波数帯域における平均的な電磁波抑制効果が高く、特に、高周波数帯域の電磁波については、抑制効果が高くなることを確認できた。
そして、実施例1の熱伝導シート１は、ソフトフェライトを用いて比透磁率を７にしたことにより、５００ＭＨｚ〜３ＧＨｚの全周波数帯域における平均的な電磁波抑制効果が高く、特に、高周波数帯域の電磁波については、抑制効果が高くなることを確認できた。また、実施例1の熱伝導シート１は、誘電率調整フィラー３であるパーライトバルーンを用いて比誘電率を低くした（比誘電率を７．０にした）ことにより、約１ＧＨｚ以下の周波数帯域の電磁波については、抑制効果が高くなることを確認できた。なお、上記のように、１ＧＨｚ以下の周波数帯域の電磁波のうち、共振のピーク近辺における電磁波については、比誘電率を低くしただけでは充分に抑制することが難しいが、実施例1の熱伝導シート１は、上記のように、高い比透磁率を有しているので、この共振のピーク近辺における電磁波についても、充分に抑制できた。このように、実施例1の熱伝導シート１は、周波数帯域に関わらず、電磁波を抑制できた。
また、実施例２の熱伝導シート１も、実施例1の熱伝導シート１と同様に、周波数帯域に関わらず、電磁波を抑制できることを、実験により確認した。
実施例１および２の実験から、比誘電率７以下であれば、約１ＧＨｚ以下の周波数帯域の電磁波を抑制できることを確認できた。
（共振のピーク近辺の電磁波抑制効果についての考察）
次に、実施例1及び実施例２の熱伝導シート１が、上記の共振のピーク近辺における電磁波を充分に抑制できる理由について、図７のシミュレーション結果を用いて、詳細に説明する。このシミュレーションにおいては、図１における熱伝導シート１の厚みδＴ、ＩＣ１２の厚みδＩＣ、プリント基板１４の厚みδＳを、それぞれ、１ｍｍ、２ｍｍ、１．６ｍｍに設定した。また、熱伝導シート１の面積、及びヒートシンク１３の面積を、５０ｍｍ×５０ｍｍに設定し、ＩＣ１２の面積を、３０ｍｍ×３０ｍｍに設定した。そして、ＩＣ１２の比誘電率を３、プリント基板１４の比誘電率を４、ＩＣ１２及びプリント基板１４の比透磁率を１に設定した。また、熱伝導シート１の比誘電率（複素比誘電率）の実数部ε´及び比透磁率の実数部μ´を、いずれも５に設定して、その透磁率損失（損失係数）ｔａｎδのみを変化させて、透磁率損失ｔａｎδの大きさが、共振のピーク近辺における電磁波を抑制する効果について確認した。ここで、上記の透磁率損失ｔａｎδは、比透磁率μ´−ｊμ″の実数部と虚数部との比（μ″／μ´）を表す。
図７のシミュレーション結果から、熱伝導シート１の比透磁率の実数部が同じであれば、透磁率損失ｔａｎδを大きくしても（比透磁率の虚数部を大きくしても）、共振周波数はシフトしないが、透磁率損失ｔａｎδを大きくすると、ヒートシンク１３からの電磁波の電界強度は、大きく減衰することが分かった。この原因は、このシミュレーションのように、比透磁率の実数部μ´の値を一定値に維持した状態で、透磁率損失ｔａｎδを大きくするということは、比透磁率の虚数部μ″を大きくするということであり、この虚数部μ″が大きくなる程、電磁波のエネルギーのうち、熱エネルギーに変換されるエネルギーの割合が大きくなるからである。そして、一般に、比透磁率の実数部μ´を大きくすると、虚数部μ″は、それ以上に大きくなるので、上記の実施例1及び２の熱伝導シート１のように、高い比透磁率（の実数部μ´）を有する熱伝導シートは、虚数部μ″の値も大きくなる。このため、上記の実施例1及び２の熱伝導シート１のように、高い比透磁率を有する熱伝導シートは、上記の共振のピーク近辺における電磁波を充分に抑制できる。
なお、図７のシミュレーションでは、共振周波数ｆｍｎを、下記の式（１）により算出した。
Figure 2020009974
上記の式（１）において、ε０、μ０は、それぞれ、真空の誘電率と透磁率を表す。また、図２の説明で記載したように、μｅｆｆ、εｅｆｆは、それぞれ、ヒートシンク１３とグランド層１５との間の材料の平均の比透磁率と比誘電率を表している。また、式（１）中のａは、ヒートシンク１３（放熱板）が正方形である場合における縦及び横の長さを表している。そして、式（１）中のｍ，ｎ（ｍ，ｎは、いずれも整数）は、それぞれ、ヒートシンク１３の共振のモードのうち、縦と横の辺の長さに対応する共振のモードを表している。ヒートシンク１３の共振のモードのうち、最低次のモードである（ｍ＝１，ｎ＝１）のモードの共振周波数ｆｍｎが、図７中の１つ目の最も低い共振周波数である。
変形例：
なお、本発明は、上記の実施形態に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。次に、本発明の変形例について説明する。
変形例１：
上記の実施形態では、熱伝導組成物が、母材よりも低い誘電率を有する誘電率調整フィラー３と、母材よりも高い透磁率を有する高透磁率フィラー４の両方を含む場合の例について説明した。けれども、本発明の熱伝導組成物は、これに限られず、母材よりも低い誘電率を有する誘電率調整フィラーと、母材よりも高い透磁率を有する高透磁率フィラーのいずれか一方のみを含むものであってもよい。この構成においても、例えば、通常の母材（アクリル樹脂やシリコーン樹脂等）よりも低い誘電率を有する母材と、高透磁率フィラーとを組み合わせて用いることや、通常の母材よりも高い透磁率を有する母材と、誘電率調整フィラーとを組み合わせて用いることにより、熱伝導組成物を、比透磁率１を超えるように、かつ、比誘電率７以下にすることができる。
変形例２：
上記の実施形態では、誘電率調整フィラーと高透磁率フィラーのうち、誘電率調整フィラーの方が、内部に空気領域を有する中空フィラーである場合の例を示したが、高透磁率フィラーの方が、内部に空気領域を有する中空フィラーであってもよい。この構成においては、高透磁率フィラーが、誘電率調整フィラーの働き（誘電率を下げる働き）も兼ねることができるので、誘電率調整フィラーの量を減らすことも可能であるし、上記変形例１の場合と同様に、誘電率調整フィラーを含まないようにすることも可能である。また、誘電率調整フィラーと高透磁率フィラーの両方が、内部に空気領域を有する中空フィラーであってもよい。
変形例３：
上記の実施形態では、熱伝導組成物（熱伝導シート）が熱伝導フィラーを含む場合の例や、誘電率調整フィラーを熱伝導フィラーに兼用して用いる場合の例について示したが、本発明の熱伝導組成物は、これに限られない。例えば、高透磁率フィラーを熱伝導フィラーに兼用して用いてもよいし、通常の母材（アクリル樹脂やシリコーン樹脂等）よりも高い熱伝導率を有する母材を用いてもよい。
変形例４：
上記の実施形態では、熱伝導組成物が、熱伝導シート１である場合の例について示したが、本発明の熱伝導組成物は、シート状のものに限られない。
１ 熱伝導シート（熱伝導組成物）
２ 母材
３ 誘電率調整フィラー
４ 高透磁率フィラー

Claims (6)

  1. 母材と、
    前記母材よりも低い誘電率を有する誘電率調整フィラー及び前記母材よりも高い透磁率を有する高透磁率フィラーと
    を含む熱伝導組成物であって、
    比透磁率１を超え、かつ、比誘電率７以下である
    ことを特徴とする熱伝導組成物。
  2. 母材と、
    前記母材よりも低い誘電率を有する誘電率調整フィラーと前記母材よりも高い透磁率を有する高透磁率フィラーのいずれか一方と
    を含む熱伝導組成物であって、
    比透磁率１を超え、かつ、比誘電率７以下である
    ことを特徴とする熱伝導組成物。
  3. 前記母材よりも高い熱伝導率を有する請求項１又は２に記載の熱伝導組成物。
  4. 前記誘電率調整フィラー及び前記高透磁率フィラー、又はそのいずれか一方のフィラーは、内部に空気領域を有する請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の熱伝導組成物。
  5. 前記誘電率調整フィラーは、窒化ホウ素、及びシリカから構成される群から選択された物質である請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の熱伝導組成物。
  6. 前記比透磁率は、虚数部を有する請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の熱伝導組成物。
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