JP2020009975A - 熱伝導組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
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よりも高い透磁率を有する高透磁率フィラー3とを含んでいる。また、熱伝導シート1は、(母材2の)内部に空気領域を備えている。この空気領域は、図1に示されるような(貫通)穴4であっても良いし、母材2内部に設けられた(貫通していない)空気層であってもよい。この熱伝導シート1では、高透磁率フィラー3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。また、この熱伝導シート1では、上記のように、(母材2の)内部に、比誘電率がほぼ1の空気で充たされた空気領域を備えたことにより、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。なお、以下の説明において、空隙率とは、熱伝導シート1全体の体積における空気領域の体積の比率を意味する。
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、高透磁率フィラー3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した上で、このシート状の熱伝導材に、切削加工等により穴4等の空気領域を設けることで、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。
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)11と、ヒートシンク12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)上面と下面が、それぞれ、ヒートシンク12の下面と、IC11の上面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IC11からの熱を、ヒートシンク12に効率的に逃がすことができる。なお、図2において、IC11は、プリント基板13に取り付けられており、このプリント基板13における一番下の層は、グランド層14を形成している。
以下に、試験例により、上記の熱伝導シート1について、さらに詳細に説明する。
本出願人は、母材2としての汎用のアクリルポリマーに、高透磁率フィラー3としての粒径の異なる2種類のNi−Zn系ソフトフェライトと、熱伝導フィラーとしての水酸化アルミニウムと、粘度調整フィラーとしての水酸化マグネシウムとを加えて、これらの材料を真空脱泡ミキサーで混錬した後、コーターを用いて成形して、厚さ1mmのシート(以下、「切り出し元のシート」という)を作製した。また、このシートには、酸化防止剤、架橋剤、多官能モノマー等の添加剤も加えた。
上記のようにして作成した厚さ1mmの切り出し元のシートから、図3(a)に示す直径7mm、厚さ1mmの円盤状のシート21を切り出した。そして、この円盤状のシート21に、穴開け用のポンチで、図3(b)〜(e)に示すように、直径が実測平均で1.4mmの穴4を、1〜4個開けることにより、円盤状のシート21における空隙率を変更しながら(増やしながら)、図3(a)〜(e)に示す各試料の比誘電率ε´を測定した。この測定結果を、表1と図4に示す。なお、図3(c)〜(e)のいずれにおいても、各穴間の距離は、実質的に同じにした。
比透磁率の測定時には、上記の厚さ1mmの切り出し元のシートから、図5に示す直径(外径)18mm、厚さ1mmの円盤状のシート31を切り出した。そして、この円盤状のシート31に、穴開け用のポンチで、図5に示す1〜8の順番に、直径が3mmの穴4を開けることにより、円盤状のシート31における空隙率を変更しながら(増やしながら)、穴4が0〜8個の各試料の比透磁率μ´を測定した。この測定結果を、表2と図6に示す。なお、図5に示すように、円盤状のシート31の中央部には、比透磁率測定装置側の冶具への取付け用の穴32を設けた。この穴32は、上記の各試料が、比透磁率測定装置の冶具の内部にセットされる時に、冶具の中央部に設けられた柱と係合する。この穴32の直径は、6mmであった。また、上記のように、各試料の形状を円盤状(またはリング状)にした理由は、比透磁率の測定時における外部磁場の影響を低減するためである。
熱抵抗の測定時には、上記の厚さ1mmの切り出し元のシートから、図7に示す、縦25mm、横25mm、厚さ1mmの直方体のシート41を切り出した。そして、直方体のシート41の中心部に、穴開け用のポンチで、直径6mm、7.5mm、11mm、13mmmの穴4を開けることにより(穴4の直径を大きくしていくことにより)、直方体のシート41おける空隙率を変更しながら(増やしながら)、穴を開けていない直方体のシート41の熱抵抗に加えて、直径6mm、7.5mm、11mm、13mmmの各穴4を有する試料の熱抵抗を測定した。ここで、熱抵抗とは、温度(熱)の伝えにくさを表す値で、単位時間の発熱量当たりの温度上昇量を意味する。この測定結果を、表3と図8に示す。
表4は、空隙率0vol%における比誘電率、比透磁率、及び熱抵抗の測定値と、空隙率15.5vol%前後における比誘電率、比透磁率、及び熱抵抗の測定値との変化率を、比較して示した表である。ここで、変化率は、空隙率0vol%における比誘電率、比透磁率、及び熱抵抗の測定値を基準値として、下記の式により求めた。
変化率[%]=|基準値−測定値|÷基準値×100
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。
上記の実施形態では、熱伝導組成物が、熱伝導シート1の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。
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(アクリルポリマーやシリコーン等)よりも高い熱伝導率を有する母材を用いてもよい。
2 母材
3 高透磁率フィラー
4 穴(空気領域)
Claims (4)
- 母材と、
前記母材よりも高い透磁率を有する高透磁率フィラーとを含む熱伝導組成物であって、
内部に空気領域を備え、
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。 - 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をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の熱伝導組成物。
- 前記誘電率調整フィラーは、内部にフィラー内空気領域を有するか、又は窒化ホウ素、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ことを特徴とする請求項2に記載の熱伝導組成物。
- 前記高透磁率フィラーは、内部にフィラー内空気領域を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の熱伝導組成物。
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