JP2021128953A - Thermal conductive sheet, electronic device, and manufacturing method of electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱伝導シート、電子デバイス、および電子デバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to a heat conductive sheet, an electronic device, and a method for manufacturing the electronic device.
グラファイトシートは、優れた放熱特性を有しており、従来から、発熱体(例えば、電子機器または電気機器に搭載されている半導体素子等)を冷却するための放熱材料として用いられている。 The graphite sheet has excellent heat dissipation characteristics, and has been conventionally used as a heat dissipation material for cooling a heating element (for example, a semiconductor element mounted on an electronic device or an electric device).
例えば、特許文献1および2には、グラファイトシートを用いた、放熱部品および熱伝導シートが開示されている。
For example,
しかしながら、上述のような従来技術は、放熱性能が十分ではなく、改善の余地があった。 However, the above-mentioned conventional technique does not have sufficient heat dissipation performance, and there is room for improvement.
本発明の一態様は、グラファイトシートを用いて、優れた放熱性を有する熱伝導シートおよび電子デバイスを実現することを目的とする。 One aspect of the present invention is to realize a heat conductive sheet and an electronic device having excellent heat dissipation by using a graphite sheet.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、グラファイトシートを用いた熱伝導シートにおいて、当該熱伝導シートの第1面(発熱体と接しない面)側に、厚さ方向の熱伝導率が高いグラファイトシートを配置し、第2面(発熱体と接する面)側に、前記グラファイトシートよりも厚さ方向の熱伝導率が低いグラファイトシートを配置することにより、優れた放熱性が得られることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は以下の態様を含む。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have made a heat conductive sheet using a graphite sheet in the thickness direction on the first surface (the surface not in contact with the heating element) side of the heat conductive sheet. Excellent heat dissipation by arranging a graphite sheet with high thermal conductivity and arranging a graphite sheet with lower thermal conductivity in the thickness direction than the graphite sheet on the second surface (the surface in contact with the heating element). The present invention was completed by finding that That is, the present invention includes the following aspects.
<1>本発明の一態様に係る熱伝導シートは、第1面と、上記第1面と背向する第2面とを有する熱伝導シートであって、少なくとも2枚のグラファイトシートを含み、上記グラファイトシートのうち、最も上記第1面寄りに位置する第1グラファイトシートの厚さ方向の熱伝導率は、最も上記第2面寄りに位置する第2グラファイトシートの厚さ方向の熱伝導率よりも高い。 <1> The heat conductive sheet according to one aspect of the present invention is a heat conductive sheet having a first surface and a second surface facing the first surface, and includes at least two graphite sheets. Among the graphite sheets, the thermal conductivity in the thickness direction of the first graphite sheet located closest to the first surface is the thermal conductivity in the thickness direction of the second graphite sheet located closest to the second surface. Higher than.
<2>本発明の一態様に係る熱伝導シートは、上記第1グラファイトシートの25℃における厚さ方向の熱伝導率が10W/m・K以上、30W/m・K以下である。 <2> The heat conductive sheet according to one aspect of the present invention has a thermal conductivity of the first graphite sheet at 25 ° C. in the thickness direction of 10 W / m · K or more and 30 W / m · K or less.
<3>本発明の一態様に係る熱伝導シートは、上記第2グラファイトシートの25℃における厚さ方向の熱伝導率が1W/m・K以上、10W/m・K未満である。 <3> The heat conductive sheet according to one aspect of the present invention has a thermal conductivity of 1 W / m · K or more and less than 10 W / m · K in the thickness direction of the second graphite sheet at 25 ° C.
<4>本発明の一態様に係る熱伝導シートは、上記第1グラファイトシートの厚さが、50〜100μmである。 <4> In the heat conductive sheet according to one aspect of the present invention, the thickness of the first graphite sheet is 50 to 100 μm.
<5>本発明の一態様に係る熱伝導シートは、上記第2グラファイトシートの厚さが、10〜40μmである。 <5> In the heat conductive sheet according to one aspect of the present invention, the thickness of the second graphite sheet is 10 to 40 μm.
<6>本発明の一態様に係る熱伝導シートは、上記第1グラファイトシートの上記第1面側の面を被覆する第1熱伝導層、および、上記第2グラファイトシートの上記第2面側の面を被覆する第2熱伝導層、の何れか一方または両方をさらに備える。 <6> The heat conductive sheet according to one aspect of the present invention includes a first heat conductive layer that covers the surface of the first graphite sheet on the first surface side, and the second surface side of the second graphite sheet. A second heat conductive layer, which covers the surface of the surface, is further provided.
<7>本発明の一態様に係る電子デバイスは、本発明の一態様に係る熱伝導シートと、上記第2面に配置される発熱体と、を備えており、上記熱伝導シートと上記発熱体とが、接触または接着している。 <7> The electronic device according to one aspect of the present invention includes the heat conductive sheet according to one aspect of the present invention and a heating element arranged on the second surface, and includes the heat conductive sheet and the heat generation. The body is in contact or adhered.
<8>本発明の一態様に係る電子デバイスの製造方法は、本発明の一態様に係る熱伝導シートの上記第2面上に発熱体を配置する工程を含む。 <8> The method for manufacturing an electronic device according to one aspect of the present invention includes a step of arranging a heating element on the second surface of the heat conductive sheet according to one aspect of the present invention.
本発明の一態様によれば、グラファイトシートを用いた、優れた放熱性を有する熱伝導シートおよび電子デバイスを提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a heat conductive sheet and an electronic device having excellent heat dissipation using a graphite sheet.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、記述した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。なお、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A〜B」は、「A以上、B以下」を意味する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made within the scope described, and the present invention also relates to an embodiment obtained by appropriately combining the technical means disclosed in each of the different embodiments. Included in the technical scope of. Unless otherwise specified in the present specification, "A to B" representing a numerical range means "A or more and B or less".
本発明者らは、グラファイトシートを用いた熱伝導シートの開発過程において、発熱体に由来する熱を、発熱体と接する熱伝導シートの一部だけを活用するのではなく、熱伝導シート全体を活用して、効率的に放熱することを検討した。 In the process of developing a heat conductive sheet using a graphite sheet, the present inventors use the heat derived from the heating element not only for a part of the heat conductive sheet in contact with the heating element, but for the entire heat conductive sheet. We considered using it to dissipate heat efficiently.
一般的に、グラファイトシートは、面方向の熱伝導性は優れているが、厚さ方向の熱伝導性は劣る。特に、複数枚のグラファイトシートが接着層を介して積層された積層グラファイトシートから構成される熱伝導シートは、厚さ方向の熱伝導性がさらに劣る場合がある。 Generally, the graphite sheet has excellent thermal conductivity in the plane direction, but is inferior in thermal conductivity in the thickness direction. In particular, a heat conductive sheet composed of a laminated graphite sheet in which a plurality of graphite sheets are laminated via an adhesive layer may have further inferior heat conductivity in the thickness direction.
より具体的には、図7に、従来の一般的な熱伝導シート5および発熱体6を備える電子デバイス101を示す。当該構成では、発熱体6と熱伝導シート5との接触部分から、熱伝導シート5へ熱が伝わる(図7の101の白色矢印)。このとき、熱伝導シート5の面方向の熱伝導性は優れるが、熱伝導シート5の厚さ方向の熱伝導性は劣る。それ故に、熱伝導シート5の内部には温度のムラが生じ、熱伝導シート5の内部に、高温領域10と、高温領域10よりも温度が低い低温領域11とが存在することになる。この場合、発熱体6の熱を、熱伝導シート5全体を活用して効率的に放熱することができないという課題がある。
More specifically, FIG. 7 shows an
一方、本発明者は、厚さ方向の熱伝導性が向上したグラファイトシートを用いて、上記課題を解決することを試みた。しかしながら、後述する比較例2に示すように、上記課題を解決することはできなかった。これは、発熱体6の熱が面方向に十分に広がる前に、裏面側に伝達される結果、発熱体6の設置箇所と、当該設置個所から面方向に離れた箇所とで、温度のムラが生じやすいからであると考えられる。
On the other hand, the present inventor has attempted to solve the above problems by using a graphite sheet having improved thermal conductivity in the thickness direction. However, as shown in Comparative Example 2 described later, the above problem could not be solved. This is because the heat of the
そこで、本発明者らは、グラファイトシートを用いた熱伝導シートにおいて、当該熱伝導シートの第1面(発熱体と接しない面)と、第2面(発熱体と接する面)とに、熱伝導性の勾配を形成することを検討した。 Therefore, in the heat conductive sheet using the graphite sheet, the present inventors heat heat on the first surface (the surface not in contact with the heating element) and the second surface (the surface in contact with the heating element) of the heat conductive sheet. It was examined to form a gradient of conductivity.
そして、第1面側に、厚さ方向の熱伝導率が高いグラファイトシートを配置し、第2面側に、前記グラファイトシートよりも厚さ方向の熱伝導率が低いグラファイトシートを配置することにより、熱伝導シートの全体を活用して、発熱体と接する表面側から、発熱体と直接に接触していない裏面側へ効率的に伝熱することができ、放熱性が高まるという新規知見を見出した。 Then, by arranging a graphite sheet having a high thermal conductivity in the thickness direction on the first surface side and arranging a graphite sheet having a lower thermal conductivity in the thickness direction than the graphite sheet on the second surface side. , We found a new finding that heat can be efficiently transferred from the front side that is in contact with the heating element to the back side that is not in direct contact with the heating element by utilizing the entire heat conductive sheet, and the heat dissipation is improved. rice field.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
〔1.熱伝導シート〕
(熱伝導シート50の構成)
図1は、本発明の一実施形態に係る熱伝導シート50と発熱体6とを備える電子デバイス102を模式的に示す断面図である。図1に示すとおり、熱伝導シート50は、第1面(発熱体6と接しない面)1と、第2面(発熱体6に接する面)2とを有し、第1面1側に位置する第1グラファイトシート51、第2面2側に位置する第2グラファイトシート52、および、これらの間に必要に応じて配置される接着層53を含む。
[1. Heat conduction sheet]
(Structure of heat conductive sheet 50)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an
熱伝導シート50の第2面2側には、発熱体6が接着材料を介して設けられている。熱伝導シート50と発熱体6とを合わせて、電子デバイス102と称する。
A
上記層構成を有する熱伝導シート50において、第1グラファイトシート51の厚さ方向の熱伝導率が、第2グラファイトシート52の厚さ方向の熱伝導率よりも高いことにより、発熱体6の熱を、熱伝導シートの全体を活用して、面方向および厚さ方向に効率よく伝えることができる。その結果、熱伝導シート50全体の放熱性を高めることができる。
In the heat
これは、特定の理論に限定されるものではないが、厚さ方向の熱伝導率が高いグラファイトシート(第1グラファイトシート51)が、厚さ方向の熱伝導率が低いグラファイトシート(第2グラファイトシート52)よりも比熱が高く、熱容量が高いことに起因すると考えられる。第1グラファイトシート51は、発熱体6の熱の受け皿としてその内部に多量の熱を保持することが可能であり、第1面1側から略一定の安定した速度で速やかに放熱する。
This is not limited to a specific theory, but a graphite sheet having a high thermal conductivity in the thickness direction (first graphite sheet 51) has a low thermal conductivity in the thickness direction (second graphite sheet). It is considered that this is due to the higher specific heat and higher heat capacity than the sheet 52). The
発熱体6の熱は、最初に、第2グラファイトシート52により、主に面方向に広がる。次いで、第2グラファイトシート52の面方向に広がった熱は、接着層53を介して、第1グラファイトシート51により第1面1側に伝えられ、放熱される。したがって、熱伝導シート50の内部において、温度がムラなく略均一になり、熱伝導シート50の全体を活用して、放熱性を向上させることができる。
The heat of the
熱伝導シート50は、必要に応じて、第2面2上に、発熱体6を接着するための粘着層(図示せず)を含んでもよい。また、図4に示すとおり、熱伝導シート50は、必要に応じて、第1面1を形成する最外層としての保護層57、および、第2面2を形成する最外層としての保護層58、の少なくとも1つを含んでもよい。
If necessary, the heat
以下に、各構成について説明する。 Each configuration will be described below.
(第1グラファイトシート51)
熱伝導シート50を構成する第1グラファイトシート51としては、厚さ方向の熱伝導率が、第2グラファイトシート52の厚さ方向の熱伝導率よりも高いグラファイトシートを用いることができる。
(First Graphite Sheet 51)
As the
第1グラファイトシート51の25℃における厚さ方向の熱伝導率は、熱伝導シート50の放熱性を高めるために、10W/m・K以上であることが好ましく、13W/m・K以上であることがより好ましい。
The thermal conductivity of the
また、第1グラファイトシート51の25℃における厚さ方向の熱伝導率の上限値は、特に限定されるものではないが、例えば、25W/m・K以下とすることができる。厚さ方向の熱伝導率が上昇すると、面方向の熱伝導率が低下する傾向があるため、両方向の熱伝導率のバランスに応じて、適宜に調整すればよい。
The upper limit of the thermal conductivity of the
なお、本願明細書において、25℃における厚さ方向の熱伝導率λ1(W/m・K)は、25℃における熱拡散率α1(m2/s)、密度ρ(kg/m3)、および比熱Cp(J/kg・K)から、下記式(1)により求められる値である。
λ1=α1×ρ×Cp (1)
上記25℃における熱拡散率α1は、Thermowave Analyzer TA33(株式会社ベテル製)を用いてレーザスポット周期加熱放射測温法により、シートの厚さ方向について測定される値である。上記密度ρは、重量法により測定される値である。また、上記比熱Cpは、DSC(示差走査熱量測定計、Hitachi High-Technologies製、商品名DSC7020)を用いて測定される値である。
In the specification of the present application, the thermal conductivity λ 1 (W / m · K) in the thickness direction at 25 ° C. is the thermal diffusivity α 1 (m 2 / s) at 25 ° C. and the density ρ (kg / m 3). ) And the specific heat Cp (J / kg · K), it is a value obtained by the following formula (1).
λ 1 = α 1 × ρ × Cp (1)
The thermal diffusivity α 1 at 25 ° C. is a value measured in the thickness direction of the sheet by a laser spot periodic heating radiation temperature measurement method using a Thermowave Analyzer TA33 (manufactured by Bethel Co., Ltd.). The density ρ is a value measured by the gravimetric method. The specific heat Cp is a value measured using a DSC (differential scanning calorimetry meter, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, trade name DSC7020).
第1グラファイトシート51の25℃における面方向の熱伝導率は、特に限定されるものではないが、より放熱性が高い熱伝導シートを実現するという観点からは、800W/m・K以上であることが好ましく、900W/m・K以上であることがより好ましい。
The thermal conductivity of the
また、第1グラファイトシート51の25℃における面方向の熱伝導率の上限値は、特に限定されるものではない。面方向の熱伝導率が上昇すると、厚さ方向の熱伝導率が低下する傾向があるため、両方向の熱伝導率のバランスに応じて、適宜に調整すればよい。
Further, the upper limit of the thermal conductivity of the
なお、本願明細書において、25℃における面方向の熱伝導率λ2(W/m・K)は、25℃における熱拡散率α2(m2/s)、密度ρ(kg/m3)、および比熱Cp(J/kg・K)から、下記式(2)により求められる値である。
λ2=α2×ρ×Cp (2)
上記25℃における熱拡散率α2は、Thermowave Analyzer TA33(株式会社ベテル製)を用いてレーザスポット周期加熱放射測温法により、シートの面方向について測定される値である。上記密度ρは、重量法により測定される値である。また、上記比熱Cpは、DSC(示差走査熱量測定計、Hitachi High-Technologies製、商品名DSC7020)を用いて測定される値である。
In the specification of the present application, the thermal conductivity λ 2 (W / m · K) in the plane direction at 25 ° C. is the thermal diffusivity α 2 (m 2 / s) and the density ρ (kg / m 3 ) at 25 ° C. , And the specific heat Cp (J / kg · K), which is a value obtained by the following formula (2).
λ 2 = α 2 × ρ × Cp (2)
The thermal diffusivity α 2 at 25 ° C. is a value measured in the surface direction of the sheet by a laser spot periodic heating radiation temperature measurement method using a Thermowave Analyzer TA33 (manufactured by Bethel Co., Ltd.). The density ρ is a value measured by the gravimetric method. The specific heat Cp is a value measured using a DSC (differential scanning calorimetry meter, manufactured by Hitachi High-Technologies, trade name DSC7020).
熱輸送能力の観点から、第1グラファイトシート51の厚さは、50μm以上であることが好ましく、80μm以上であることがより好ましい。また、生産性の観点から、第1グラファイトシート51の厚さは、200μm以下であることが好ましく、100μm以下であることがより好ましい。
From the viewpoint of heat transport capacity, the thickness of the
本発明において好適に用いられる第1グラファイトシート51の製造方法としては、(i)高分子フィルムを熱処理して発泡させる方法、および、(ii)グラファイトブロックをシート状に切断する方法が挙げられる。
Examples of the method for producing the
上記(i)の方法としては、特開2009−190962号公報に記載される高分子グラファイトフィルムの製造方法が挙げられる。 Examples of the method (i) include the method for producing a polymer graphite film described in JP-A-2009-190962.
より具体的には、原料である高分子フィルムを、真空中、またはアルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガス中で、1000℃程度で熱処理することにより炭素化させて、炭素化フィルムを得る(炭素化工程)。 More specifically, the polymer film as a raw material is carbonized by heat treatment at about 1000 ° C. in a vacuum or in an inert gas such as argon gas or nitrogen gas to obtain a carbonized film ( Carbonization process).
次いで、得られた炭素化フィルムを、真空中、またはアルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガス中で、さらに熱処理することによりグラファイト化させて、発泡グラファイトシートを得る(グラファイト化工程)。グラファイト化工程における熱処理温度は、2400℃以上が好ましく、2700℃以上がより好ましい。 Next, the obtained carbonized film is graphitized by further heat treatment in vacuum or in an inert gas such as argon gas or nitrogen gas to obtain a foamed graphite sheet (graphization step). The heat treatment temperature in the graphitization step is preferably 2400 ° C. or higher, more preferably 2700 ° C. or higher.
なお、発泡グラファイトシートとは、原料である高分子フィルムの厚さに対して、100%以上の厚さを有する発泡状態のグラファイトシートである。発泡グラファイトシートを、圧縮または圧延によって加圧すること(加圧工程)により、特に厚さ方向の熱伝導率が向上した第1グラファイトシート51が得られる。炭素化工程、グラファイト化工程、および加圧工程の条件を制御することにより、上述の好ましい範囲の熱伝導率(厚さ方向・面方向)および厚さを有する第1グラファイトシート51を得ることができる。
The foamed graphite sheet is a graphite sheet in a foamed state having a thickness of 100% or more with respect to the thickness of the polymer film as a raw material. By pressurizing the foamed graphite sheet by compression or rolling (pressurization step), a
原料となる高分子フィルムとしては、酸二無水物成分とジアミン成分とを原料とするポリイミドフィルムを挙げることができる。 Examples of the polymer film as a raw material include a polyimide film using an acid dianhydride component and a diamine component as raw materials.
上記酸二無水物成分としては、例えば、ピロメリット酸二無水物、2,3,6,7,−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、1,1−(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、オキシジフタル酸二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、p−フェニレンビス(トリメリット酸モノエステル酸無水物)、エチレンビス(トリメリット酸モノエステル酸無水物)、ビスフェノールAビス(トリメリット酸モノエステル酸無水物)、および、それらの類似物を挙げることができる。 Examples of the acid dianhydride component include pyromellitic acid dianhydride, 2,3,6,7, -naphthalenetetracarboxylic hydride, 3,3', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride. Anhydride, 1,2,5,6-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 2,2', 3,3'-biphenyltetracarboxylic hydride, 3,3', 4,4'-benzophenone tetracarboxylic Acid dianhydride, 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) propane dianhydride, 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic acid dianhydride, 1,1- (3,4-di) Carboxyphenyl) ethane dianhydride, 1,1-bis (2,3-dicarboxyphenyl) ethane dianhydride, 1,1-bis (3,4-dicarboxyphenyl) ethane dianhydride, bis (2, 3-Dicarboxyphenyl) methane dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) methane dianhydride, oxydiphthalic acid dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) sulfonate dianhydride, p-phenylene Examples thereof include bis (trimellitic acid monoesteric anhydride), ethylene bis (trimellitic acid monoesteric anhydride), bisphenol A bis (trimellitic acid monoesteric anhydride), and their analogs. ..
上記ジアミン成分としては、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、ベンジジン、3,3’−ジクロロベンジジン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、1,5−ジアミノナフタレン、4,4’−ジアミノジフェニルジエチルシラン、4,4’−ジアミノジフェニルシラン、4,4’−ジアミノジフェニルエチルホスフィンオキシド、4,4’−ジアミノジフェニルN−メチルアミン、4,4’−ジアミノジフェニルN−フェニルアミン、1,3−ジアミノベンゼン、1,2−ジアミノベンゼン、および、それらの類似物を挙げることができる。 Examples of the diamine component include 4,4'-diaminodiphenyl ether, p-phenylenediamine, 4,4'-diaminodiphenylmethane, benzidine, 3,3'-dichlorobenzidine, 4,4'-diaminodiphenyl sulfide, and 3,3'. −Diaminodiphenylsulfone, 4,4′-diaminodiphenylsulfone, 3,3′-diaminodiphenylether, 3,4′-diaminodiphenylether, 1,5-diaminonaphthalene, 4,4′-diaminodiphenyldiethylsilane, 4,4 ′ -Diaminodiphenylsilane, 4,4′-diaminodiphenylethylphosphine oxide, 4,4′-diaminodiphenylN-methylamine, 4,4′-diaminodiphenylN-phenylamine, 1,3-diaminobenzene, 1, 2-Diaminobenzene and its analogs can be mentioned.
上記(ii)の方法は、グラフェン構造を備えたグラファイトブロックを、シート状に切断する方法である。グラフェン構造は、炭素原子の六員環が共有結合で繋がった構造であり、面方向に高熱伝導性を有する。 The method (ii) described above is a method of cutting a graphite block having a graphene structure into a sheet shape. The graphene structure is a structure in which six-membered rings of carbon atoms are connected by a covalent bond, and has high thermal conductivity in the plane direction.
グラフェン構造を備えたグラファイトブロックの第一の製造方法としては、メタン等の炭素質ガスを炉内に導入し、ヒーターで2000℃程度まで加熱することにより、微細な炭素核を形成する方法が挙げられる。形成された炭素核は基板上で層状に堆積し、これにより熱分解グラファイトブロックを得ることができる。また、得られた熱分解グラファイトブロックを2800℃以上まで熱処理することにより、配向性を向上させることもできる。 As a first method for producing a graphite block having a graphene structure, a method of introducing a carbonaceous gas such as methane into a furnace and heating it to about 2000 ° C. with a heater to form fine carbon nuclei can be mentioned. Be done. The formed carbon nuclei are deposited in layers on the substrate, whereby a pyrolytic graphite block can be obtained. Further, the orientation can be improved by heat-treating the obtained pyrolytic graphite block to 2800 ° C. or higher.
グラフェン構造を備えたグラファイトブロックの第二の製造方法としては、高分子フィルムを多層に積層した後、プレス加圧しながら熱処理する方法が挙げられる。具体的には、まず、出発物質である高分子フィルムを多層に積層した積層体を、減圧下または不活性ガス中で、1000℃程度の温度まで予備加熱処理して炭素化し、炭素化ブロックとする。その後、この炭素化ブロックを不活性ガス雰囲気下、プレス加圧しながら、2800℃以上の温度まで熱処理することによりグラファイト化させる。これにより、良好なグラファイト結晶構造を形成することができるため、面方向の熱伝導性に優れたグラファイトブロックを得ることができる。 As a second method for producing a graphite block having a graphene structure, there is a method in which polymer films are laminated in multiple layers and then heat-treated while pressurizing. Specifically, first, a laminate in which a polymer film as a starting material is laminated in multiple layers is preheated to a temperature of about 1000 ° C. under reduced pressure or in an inert gas to be carbonized to form a carbonized block. do. Then, the carbonized block is graphitized by heat-treating to a temperature of 2800 ° C. or higher while pressing and pressing in an inert gas atmosphere. As a result, a good graphite crystal structure can be formed, so that a graphite block having excellent thermal conductivity in the plane direction can be obtained.
また、高分子フィルムを1枚ずつ焼成することによって炭素化フィルムを作製し、得られた炭素化フィルムを多層に積層した後、2800℃以上の温度まで熱処理することによっても、面方向の熱伝導性に優れたグラファイトブロックを得ることができる。 Further, a carbonized film is produced by firing the polymer films one by one, and the obtained carbonized films are laminated in multiple layers and then heat-treated to a temperature of 2800 ° C. or higher to conduct heat conduction in the plane direction. A graphite block having excellent properties can be obtained.
なお、高分子フィルムを多層に積層する際、すべての結晶配向面が揃うように積層してもよく、90°向きが異なる高分子フィルムを数枚積層してもよい。 When laminating the polymer films in multiple layers, the polymer films may be laminated so that all the crystal orientation planes are aligned, or several polymer films having different 90 ° orientations may be laminated.
グラファイトブロックを切断する方法としては、ダイヤモンドカッター、ワイヤーソー、マシニング等公知の技術を適宜選択することが可能である。中でも、略直方体形状に容易に加工できる観点で、切断方法としては、ワイヤーソーを用いることが好ましい。 As a method for cutting the graphite block, a known technique such as a diamond cutter, a wire saw, or machining can be appropriately selected. Above all, it is preferable to use a wire saw as the cutting method from the viewpoint that it can be easily processed into a substantially rectangular parallelepiped shape.
また、切断されたグラファイトブロックの表面を研磨または粗面化してもよく、その方法としてやすり研磨、バフ研磨、ブラスト処理等公知の技術を適宜用いることも可能である。 Further, the surface of the cut graphite block may be polished or roughened, and known techniques such as sanding, buffing, and blasting may be appropriately used as the method.
上記の方法により得られたグラファイトブロックを、グラファイト層の結晶配向面に垂直な方向に、シート状に切断することにより、特に厚さ方向の熱伝導率が向上した第1グラファイトシート51が得られる。
By cutting the graphite block obtained by the above method into a sheet in the direction perpendicular to the crystal orientation plane of the graphite layer, a
グラファイトブロックの製造に用いられる高分子フィルムとしては、上述の(i)の方法において用いられるものと同様のポリイミドフィルムを挙げることができる。 Examples of the polymer film used for producing the graphite block include a polyimide film similar to that used in the method (i) described above.
(第2グラファイトシート52)
熱伝導シート50を構成する第2グラファイトシート52としては、面方向の熱伝導率が、第1グラファイトシート51の面方向の熱伝導率よりも高いグラファイトシートであれば特に限定されず、当該分野で通常使用されるものを用いることができる。
(2nd graphite sheet 52)
The
第2面に配置される発熱体6の熱を、第1グラファイトシート51に安定して伝えるために、第2グラファイトシート52の25℃における厚さ方向の熱伝導率は、3W/m・K以上であることが好ましく、4W/m・K以上であることがより好ましい。
In order to stably transfer the heat of the
また、発熱体6の熱を主に面方向に広げて、熱伝導シート50の全体を活用するために、第2グラファイトシート52の25℃における厚さ方向の熱伝導率は、8W/m・K以下であることが好ましく、7W/m・K以下であることがより好ましい。
Further, in order to spread the heat of the
第2グラファイトシート52の25℃における面方向の熱伝導率は、熱伝導シート50の放熱性を高めるために、1200W/m・K以上であることが好ましく、1400W/m・K以上であることがより好ましい。
The thermal conductivity of the
また、第2グラファイトシート52の25℃における面方向の熱伝導率の上限値は、特に限定されるものではない。面方向の熱伝導率が上昇すると、厚さ方向の熱伝導率が低下する傾向があるため、両方向の熱伝導率のバランスに応じて、適宜に調整することができる。
Further, the upper limit of the thermal conductivity of the
生産性の観点から、第2グラファイトシート52の厚さは、10μm以上であることが好ましく、25μm以上であることがより好ましい。また、熱伝導性の観点から、第2グラファイトシート52の厚さは、40μm以下であることが好ましく、32μm以下であることがより好ましい。
From the viewpoint of productivity, the thickness of the
第2グラファイトシート52は、公知の方法にしたがって作製することができる。このような方法としては、例えば、(i)天然黒鉛、人造黒鉛等のグラファイト粉末をシート化する方法、および、(ii)高分子フィルムを熱処理する方法等が挙げられる。
The
高分子フィルムを熱処理する方法によれば、例えば、ポリイミドフィルム、または、ポリイミドフィルムを高温度(例えば、800℃以上)にて炭化させた炭化フィルムを高温度(例えば、2400℃以上)で熱処理することにより、上述の好ましい範囲の熱伝導率(厚さ方向・面方向)および厚さを有する第2グラファイトシート52を得ることができる。ポリイミドフィルムとしては、上述のグラファイトブロックの製造に用いられるものと同様のポリイミドフィルムを用いることができる。
According to the method of heat-treating a polymer film, for example, a polyimide film or a carbonized film obtained by carbonizing a polyimide film at a high temperature (for example, 800 ° C. or higher) is heat-treated at a high temperature (for example, 2400 ° C. or higher). Thereby, the
(接着層53)
第1グラファイトシート51と第2グラファイトシート52との間に位置しこれらを接着する接着層53は、公知の接着剤または粘着剤(例えば、感圧接着剤(PSA:Pressure Sensitive Adhesive))からなる層であってよい。
(Adhesive layer 53)
The
より具体的に、接着層53を構成する接着剤または粘着剤としては、ポリエステル系接着剤、ポリイミド系接着剤、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、ポリウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤、およびゴム系接着剤が挙げられる。これらは、単独で用いられてもよいし、混合物として用いられてもよい。
More specifically, the adhesives or adhesives constituting the
また、接着層53として、フィルム状の光学粘着シートを用いることもできる。放熱性が優れるとの理由から、接着層53を構成する接着材料としては、ポリエステル系接着剤またはアクリル系接着剤が好ましく、ポリエステル系接着剤が特に好ましい。
Further, as the
接着層53を設ける場合、その厚さは、好ましくは1μm以上であり、また、好ましくは50μm以下であり、より好ましくは20μm以下であり、さらに好ましくは10μm以下である。上記構成によれば、高い放熱性能を有する熱伝導シートを実現することができる。
When the
(熱伝導シート50の製造方法)
本発明の一実施形態に係る熱伝導シートの製造方法は、第1グラファイトシート51と第2グラファイトシート52とを積層することによって作製され得る。第1グラファイトシート51と第2グラファイトシート52とは、上述の接着層53を介して接着するか、または、両者を直接接合することにより、積層することができる。
(Manufacturing method of heat conductive sheet 50)
The method for producing a heat conductive sheet according to an embodiment of the present invention can be produced by laminating a
第1グラファイトシート51と第2グラファイトシート52とは、シート表面の全体を接着または接合しても、部分的に接着または接合してもよい。
The
グラファイトシート同士を部分的に接着または接合した場合には、グラファイトシート同士が強固に固定されていないので、形状を容易に変化させることができる熱伝導シートを実現することができる。 When the graphite sheets are partially bonded or joined to each other, the graphite sheets are not firmly fixed to each other, so that a heat conductive sheet whose shape can be easily changed can be realized.
(粘着層)
粘着層は、発熱体6と熱伝導シート50とを接合するために、必要に応じて第2面2上に設けられる層である。
(Adhesive layer)
The adhesive layer is a layer provided on the
粘着層を構成する材料としては、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤、ゴム系粘着剤等が挙げられる。これらは、単独で用いられてもよいし、混合物として用いられてもよい。また、粘着層として、両面テープ等の粘着シートを用いることもできる。 Examples of the material constituting the pressure-sensitive adhesive layer include an acrylic pressure-sensitive adhesive, a silicone-based pressure-sensitive adhesive, and a rubber-based pressure-sensitive adhesive. These may be used alone or as a mixture. Further, as the adhesive layer, an adhesive sheet such as double-sided tape can also be used.
粘着層の厚さは特に限定されるものではないが、好ましくは1μm以上であり、より好ましくは2μm以上であり、また、好ましくは20μm以下であり、より好ましくは10μm以下である。粘着層の厚さが当該範囲であれば、発熱体6と熱伝導シート50との良好な接続が得られ、かつ、熱伝導シート50の放熱性を損なうことがない。
The thickness of the adhesive layer is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more, and preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less. When the thickness of the adhesive layer is within the above range, a good connection between the
粘着層の粘着面は、セパレータにより、熱伝導シート50の使用時までカバーされていてもよい。セパレータとしては、基材フィルムに離形層が積層された慣用のシートを用いることができる。
The adhesive surface of the adhesive layer may be covered by the separator until the time when the heat
(保護層57、58)
保護層57、58は、熱伝導シート50を保護する目的、電気絶縁性を付与する目的、黒鉛紛の発生を抑制する目的、熱伝導シート50を補強する目的等で積層される。
(Protective layers 57, 58)
The protective layers 57 and 58 are laminated for the purpose of protecting the heat
保護層57、58の厚さは特に限定されるものではないが、好ましくは2μm以上であり、より好ましくは6μm以上であり、また、好ましくは200μm以下であり、より好ましくは100μm以下である。保護層57、58の厚さが200μm以下であれば、熱伝導シートの放熱特性を損なうことがない。一方、厚さが2μm以上であれば、その機能を十分に発揮することができる。
The thickness of the
保護層57、58の材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリイミドフィルム等の高分子フィルムを用いることができる。
The material of the
保護層57、58は、接着層53c、53dを介して、各グラファイトシートの面上に積層することができる。接着層53c、53dを構成する接着剤としては、特に限定されず、接着層53に用いられるものと同様の公知の接着剤または粘着剤を用いることができる。
The protective layers 57 and 58 can be laminated on the surface of each graphite sheet via the
接着層53c、53dの厚さは、好ましくは1μm以上であり、より好ましくは5μm以上であり、また、好ましくは50μm以下であり、より好ましくは20μm以下であり、さらに好ましくは10μm以下である。上記構成によれば、高い放熱性能を有する熱伝導シートを実現することができる。
The thickness of the
あるいは、保護層57、58の材料としては、上記高分子フィルムに上記接着層が予め積層されたテープ、例えば、PETテープ等を用いることができる。
Alternatively, as the material of the
(熱伝導シート60の構成)
図2は、本発明の一実施形態に係る熱伝導シート60と発熱体6とを備える電子デバイス103を模式的に示す断面図である。図2に示すとおり、熱伝導シート60は、第1グラファイトシート51の第1面側の面を被覆する第1熱伝導層54、および、第2グラファイトシート52の第2面側の面を被覆する第2熱伝導層55をさらに含む点において、上述の熱伝導シート50と異なる。その他の各構成は、熱伝導シート50について説明した構成と同じである。熱伝導シート60が、第1熱伝導層54および第2熱伝導層55をさらに含むことにより、放熱性を一層向上させることができる。
(Structure of heat conductive sheet 60)
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an
なお、図2において、熱伝導シート60は、第1熱伝導層54および第2熱伝導層55の両方を含むが、本発明は当該実施形態に限定されない。例えば、第1熱伝導層54および第2熱伝導層55のいずれか一方を含む場合にも、放熱性を向上させることができる。
In FIG. 2, the heat
(第1熱伝導層54、第2熱伝導層55)
第1熱伝導層54、および第2熱伝導層55の各々は、金属からなる層である。当該金属としては、金、銀、銅、アルミニウム、ステンレス、真鍮、および鉄が挙げられる。
(First heat
Each of the first
厚さ方向の熱伝達性を高めるという有利な効果を奏するという観点からは、これらの材料の中では、銅が好ましい。また、高い放熱性を有する熱伝導シート60を低コストにて実現するという観点から、これらの材料の中では、銅、真鍮が好ましい。第1熱伝導層54、および第2熱伝導層55は、同じ材料によって構成されていてもよいし、異なる材料によって構成されていてもよい。
Among these materials, copper is preferable from the viewpoint of exerting an advantageous effect of increasing heat transferability in the thickness direction. Further, from the viewpoint of realizing the heat
第1熱伝導層54、および第2熱伝導層55の25℃における熱伝導率の下限値は、各々独立して、好ましくは100W/m・K以上、より好ましくは200W/m・K以上、より好ましくは400W/m・K以上、最も好ましくは、1000W/m・K以上である。
The lower limit of the thermal conductivity of the first
一方、第1熱伝導層54、および第2熱伝導層55の25℃における熱伝導率の上限値は、特に限定されない。上記構成によれば、高い放熱性能を有する熱伝導シートを実現することができる。
On the other hand, the upper limit of the thermal conductivity of the first
第1熱伝導層54、および第2熱伝導層55の厚さは、特に限定されるものではないが、放熱性の向上効果を得るために、各々、好ましくは5μm以上であり、より好ましくは10μm以上であり、より好ましくは20μm以上である。また、前記厚さは、好ましくは200μm以下であり、より好ましくは100μm以下であり、より好ましくは50μm以下である。
The thicknesses of the first
第1熱伝導層54または第2熱伝導層55によりグラファイトシートの面を被覆する方法としては、特に限定されず、例えば、各熱伝導層を構成する金属からなる金属箔を、接着層(図示せず)を介して、グラファイトシートの面上にラミネートする方法が挙げられる。
The method of coating the surface of the graphite sheet with the first
当該接着層を構成する接着剤としては、特に限定されず、接着層53に用いられるものと同様の公知の接着剤または粘着剤を用いることができる。また、接着層の厚さとしては、第1熱伝導層54、および第2熱伝導層55の各々と、グラファイトシートとが、一方から他方へ熱を伝えることができる厚さであればよく、好ましくは10μm以上であり、より好ましくは25μm以上である。上記接着層の厚さの上限値は特に限定されず、適宜に設定することができる。
The adhesive constituting the adhesive layer is not particularly limited, and a known adhesive or an adhesive similar to that used for the
(熱伝導シート70の構成)
図3は、本発明の一実施形態に係る熱伝導シート70と発熱体6とを備える電子デバイス104を模式的に示す断面図である。図3に示すとおり、熱伝導シート70は、第1グラファイトシート51と、第2グラファイトシート52との間に、接着層53a、53bを介して、第3グラファイトシート56をさらに含む点において、上述の熱伝導シート50と異なる。その他の各構成は、熱伝導シート50について説明した構成と同じである。
(Structure of heat conductive sheet 70)
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an
熱伝導シート50について説明したメカニズムと同様に、熱伝導シート70の内部においても、温度がムラなく略均一になり、熱伝導シート70の全体を活用して、放熱性を向上させることができる。
Similar to the mechanism described for the heat
(第3グラファイトシート56)
第3グラファイトシート56は、1層のグラファイトシートからなる単層グラファイトシートであってもよく、複数の単層グラファイトシートが積層された積層グラファイトシートであってもよい。
(Third Graphite Sheet 56)
The
第3グラファイトシート56を構成する単層グラファイトシートとしては、特に限定されず、第1グラファイトシート51に用いられるもの、または、第2グラファイトシート52に用いられるものと同様のグラファイトシートを用いることができる。
The single-layer graphite sheet constituting the
上記積層グラファイトシートは、単層グラファイトシート以外に、接着層、並びに/または、単層グラファイトシートおよび接着層以外の他の構成、を含むものであってもよい。このような積層グラファイトシートは、(i)接着層を介して、単層グラファイトシート同士を少なくとも部分的に接着すること、(ii)単層グラファイトシートと接着層との積層物を少なくとも部分的に圧着すること、(iii)単層グラファイトシートと接着層と他の構成との積層物を少なくとも部分的に圧着すること、によって作製され得る。 The laminated graphite sheet may include an adhesive layer and / or other configurations other than the single-layer graphite sheet and the adhesive layer in addition to the single-layer graphite sheet. In such a laminated graphite sheet, (i) the single-layer graphite sheets are at least partially bonded to each other via an adhesive layer, and (ii) a laminate of the single-layer graphite sheet and the adhesive layer is at least partially bonded to each other. It can be made by crimping, (iii) at least partially crimping a laminate of a single-layer graphite sheet with an adhesive layer and other configurations.
接着層を介して単層グラファイトシート同士を部分的に接着した場合、単層グラファイトシートと接着層との積層物を部分的に圧着した場合、および、単層グラファイトシートと接着層と他の構成との積層物を部分的に圧着した場合には、構成同士が強固に固定されていないので、形状を容易に変化させることができる。 When the single-layer graphite sheets are partially bonded to each other via the adhesive layer, when the laminate of the single-layer graphite sheet and the adhesive layer is partially crimped, and when the single-layer graphite sheet, the adhesive layer and other configurations are formed. When the laminate with and is partially crimped, the shapes are easily changed because the configurations are not firmly fixed to each other.
積層グラファイトシートを構成する接着層の材料としては、接着層53に用いられるものと同様の公知の接着剤または粘着剤を用いることができる。接着層の厚さは、好ましくは1μm以上であり、より好ましくは5μm以上であり、また、好ましくは50μm以下であり、より好ましくは20μm以下であり、さらに好ましくは10μm以下である。上記構成によれば、高い放熱性能を有する熱伝導シートを実現することができる。
As the material of the adhesive layer constituting the laminated graphite sheet, a known adhesive or an adhesive similar to that used for the
第3グラファイトシート56を構成する単層グラファイトシートの厚さは、特に制限されず、10μm〜100μmであることが好ましく、20μm〜80μmであることがより好ましく、30μm〜50μmであることがさらに好ましい。
The thickness of the single-layer graphite sheet constituting the
第3グラファイトシート56が積層グラファイトシートである場合に、積層グラファイトシートを構成する単層グラファイトシートの数の下限は、特に限定されず、例えば、1層以上が好ましく、2層以上がより好ましく、3層以上がさらに好ましく5層以上が特に好ましい。
When the
また、積層グラファイトシートを構成する単層グラファイトシートの数の上限は、特に限定されず、例えば、100層以下が好ましく、60層以下がより好ましく、30層以下がさらに好ましく、20層以下が特に好ましい。 The upper limit of the number of single-layer graphite sheets constituting the laminated graphite sheet is not particularly limited, and for example, 100 layers or less is preferable, 60 layers or less is more preferable, 30 layers or less is further preferable, and 20 layers or less is particularly preferable. preferable.
第3グラファイトシート56の厚さの上限としては、2500μm以下であり、好ましくは2000μm以下であり、より好ましくは1500μm以下であり、さらに好ましくは1000μm以下であり、特に好ましくは700μm以下である。
The upper limit of the thickness of the
第3グラファイトシート56の面方向の熱伝導率は、特に限定されない。より放熱性能が高い熱伝導シートを実現するという観点から、第3グラファイトシート56の25℃における面方向の熱伝導率は、好ましくは1000W/m・K以上、より好ましくは1300W/m・K以上、より好ましくは1500W/m・K以上で、最も好ましくは1700W/m・K以上である。
The thermal conductivity of the
第3グラファイトシート56の厚さ方向の熱伝導率は、特に限定されない。単層グラファイトシートの25℃における厚さ方向の熱伝導率は、一般的に、略5W/m・Kであり、積層グラファイトシートの25℃における厚さ方向の熱伝導率は、一般的に、略1W/m・Kである。
The thermal conductivity of the
〔2.電子デバイス〕
本発明の一実施形態に係る電子デバイスは、本発明の一実施形態に係る熱伝導シートと、熱伝導シートの第2面に配置される発熱体と、を備えており、熱伝導シートと発熱体とが、接触または接着している。
[2. Electronic device]
An electronic device according to an embodiment of the present invention includes a heat conductive sheet according to an embodiment of the present invention and a heating element arranged on a second surface of the heat conductive sheet, and includes the heat conductive sheet and heat generation. The body is in contact or adhered.
発熱体としては、特に限定されず、例えば、CPU、GPU、アンプ、カメラ、モジュール、および、バッテリーが挙げられる。 The heating element is not particularly limited, and examples thereof include a CPU, a GPU, an amplifier, a camera, a module, and a battery.
熱伝導シートと発熱体とが接触または接着している構成によれば、発熱体から熱伝導シートへ効率良く熱を伝えることができ、当該熱を熱伝導シートによって、効率良く放熱することができる。 According to the configuration in which the heat conductive sheet and the heating element are in contact with each other or adhered to each other, heat can be efficiently transferred from the heating element to the heat conductive sheet, and the heat can be efficiently dissipated by the heat conductive sheet. ..
熱伝導シートと発熱体とは、接着材料を介して接着させてもよい。当該接着材料としては、限定されず、例えば、ポリエステル系接着剤、アクリル系接着剤、ポリウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、および、シリコーン系接着剤が挙げられる。当該接着材料は、フィルム状の光学粘着シートであってもよい。接着材料の厚さは、限定されず、例えば、1μm〜15μmであることが好ましく、2μm〜10μmであることがより好ましく、3μm〜7μmがさらに好ましい。 The heat conductive sheet and the heating element may be adhered to each other via an adhesive material. The adhesive material is not limited, and examples thereof include polyester-based adhesives, acrylic-based adhesives, polyurethane-based adhesives, epoxy-based adhesives, and silicone-based adhesives. The adhesive material may be a film-shaped optical adhesive sheet. The thickness of the adhesive material is not limited, and is preferably, for example, 1 μm to 15 μm, more preferably 2 μm to 10 μm, and even more preferably 3 μm to 7 μm.
熱伝導シートの第1面上に発熱体を配置した場合と比較して、第2面上に発熱体を配置した場合に、放熱性が著しく向上する。 Compared with the case where the heating element is arranged on the first surface of the heat conductive sheet, when the heating element is arranged on the second surface, the heat dissipation property is remarkably improved.
発熱体は、熱伝導シートの第2面上に配置されていればよく、その位置は特に限定されない。例えば、発熱体は、第2面の中央の近傍に配置されていてもよいし、第2面の端部の近傍に配置されていてもよい。本発明の一実施形態に係る電子デバイスでは、熱伝導シートと発熱体とが、熱伝導シートの端部にて接触または接着している。熱伝導シートによって効率良く放熱するという観点から、発熱体は、第2面の端部の近傍に配置されていることが好ましい。 The heating element may be arranged on the second surface of the heat conductive sheet, and its position is not particularly limited. For example, the heating element may be arranged near the center of the second surface or near the end of the second surface. In the electronic device according to the embodiment of the present invention, the heat conductive sheet and the heating element are in contact with or adhered to each other at the end of the heat conductive sheet. From the viewpoint of efficiently dissipating heat by the heat conductive sheet, the heating element is preferably arranged in the vicinity of the end portion of the second surface.
本発明の一実施形態に係る電子デバイスは、具体的に、スマートフォン、タブレット、ノートパソコン、AIスピーカー、スマートグラス、バッテリーモジュール、または、電波基地局であり得る。 Specifically, the electronic device according to the embodiment of the present invention may be a smartphone, a tablet, a laptop computer, an AI speaker, a smart glass, a battery module, or a radio base station.
以下に、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
〔製造例1〕
ポリイミドフィルム(カネカ製、商品名95NPI、厚さ95μm)を、アルゴンガス雰囲気下で、室温(25℃)から3℃/分の速度で1000℃まで昇温させ、次いで、1.2℃/分の速度で2900℃まで昇温させ、2900℃で10分間保持した。その後、5℃/分の速度で降温させ、温度が1000℃に達した後に、ヒーターをオフとして、後は自然冷却した。得られた発泡グラファイトシートを、1MPaの圧力で圧延し、グラファイトシート(X)を作製した。
[Manufacturing Example 1]
A polyimide film (manufactured by Kaneka, trade name 95 NPI, thickness 95 μm) is heated from room temperature (25 ° C.) to 1000 ° C. at a rate of 3 ° C./min under an argon gas atmosphere, and then 1.2 ° C./min. The temperature was raised to 2900 ° C. at the same rate as above, and the temperature was maintained at 2900 ° C. for 10 minutes. Then, the temperature was lowered at a rate of 5 ° C./min, and after the temperature reached 1000 ° C., the heater was turned off and the rest was naturally cooled. The obtained foamed graphite sheet was rolled at a pressure of 1 MPa to prepare a graphite sheet (X).
グラファイトシート(X)は、厚さ:80μm、密度:1.5g/cm3、比熱:850J/kg・K、25℃における厚さ方向(z方向)の熱伝導率:13W/m・K、25℃における面方向(xy方向)の熱伝導率:900W/m・Kであった。 The graphite sheet (X) has a thickness of 80 μm, a density of 1.5 g / cm 3 , a specific heat of 850 J / kg · K, and a thermal conductivity in the thickness direction (z direction) at 25 ° C.: 13 W / m · K, The thermal conductivity in the plane direction (xy direction) at 25 ° C. was 900 W / m · K.
〔実施例1〕
第1グラファイトシートとして、製造例1で得られたグラファイトシート(X)を用意した。
[Example 1]
As the first graphite sheet, the graphite sheet (X) obtained in Production Example 1 was prepared.
第2グラファイトシートとして、グラファイトシート(Y)(カネカ製、XGX−032R−RL−P)を用意した。グラファイトシート(Y)は、厚さ:32μm、密度:2.0g/cm3、比熱:798J/kg・K、25℃における厚さ方向(z方向)の熱伝導率:5〜6W/m・K、25℃における面方向(xy方向)の熱伝導率:1400W/m・Kであった。 As the second graphite sheet, a graphite sheet (Y) (manufactured by Kaneka Corporation, XGX-032R-RL-P) was prepared. The graphite sheet (Y) has a thickness of 32 μm, a density of 2.0 g / cm 3 , a specific heat of 798 J / kg · K, and a thermal conductivity in the thickness direction (z direction) at 25 ° C.: 5-6 W / m ·. The thermal conductivity in the plane direction (xy direction) at K and 25 ° C. was 1400 W / m · K.
上記グラファイトシート(X)と、グラファイトシート(Y)とを、接着層として感圧接着剤(PSA)(DIC製アクリル系感圧接着剤、厚さ5μm)を介して貼り合わせた。次いで、第1グラファイトシート側の面に、保護層として、黒色のPETテープ(日栄化工製、商品名GL-10B、厚さ10μm)を貼り合わせた。また、第2グラファイトシート側の面に、粘着層として、両面テープ(日栄化工製、商品名NeoFix10、厚さ10μm)を貼り合わせ、熱伝導シートを製造した。
The graphite sheet (X) and the graphite sheet (Y) were bonded together as an adhesive layer via a pressure-sensitive adhesive (PSA) (DIC acrylic pressure-sensitive adhesive,
得られた熱伝導シートは、以下の層構成を有する:(第1面)保護層/グラファイトシート(X)/接着層/グラファイトシート(Y)/粘着層(第2面)。 The obtained heat conductive sheet has the following layer structure: (first surface) protective layer / graphite sheet (X) / adhesive layer / graphite sheet (Y) / adhesive layer (second surface).
〔比較例1〕
3枚のグラファイトシート(Y)を、接着層として感圧接着剤(PSA)(DIC製アクリル系感圧接着剤、厚さ5μm)を介して貼り合わせ、一方の面に、保護層として、黒色のPETテープ(日栄化工製、商品名GL-10B、厚さ10μm)を貼り合わせた。また、他方の面に、粘着層として、両面テープ(日栄化工製、商品名NeoFix10、厚さ10μm)を貼り合わせ、熱伝導シートを製造した。
[Comparative Example 1]
Three graphite sheets (Y) are bonded together as an adhesive layer via a pressure-sensitive adhesive (PSA) (DIC acrylic pressure-sensitive adhesive,
得られた熱伝導シートは、以下の層構成を有する:(第1面)保護層/グラファイトシート(Y)/接着層/グラファイトシート(Y)/接着層/グラファイトシート(Y)/粘着層(第2面)。 The obtained heat conductive sheet has the following layer structure: (first surface) protective layer / graphite sheet (Y) / adhesive layer / graphite sheet (Y) / adhesive layer / graphite sheet (Y) / adhesive layer ( Second side).
〔比較例2〕
1枚のグラファイトシート(X)の一方の面に、保護層として、黒色のPETテープ(日栄化工製、商品名GL-10B、厚さ10μm)を貼り合わせた。また、他方の面に、粘着層として、両面テープ(日栄化工製、商品名NeoFix10、厚さ10μm)を貼り合わせ、熱伝導シートを製造した。
[Comparative Example 2]
A black PET tape (manufactured by Niei Kako, trade name GL-10B,
得られた熱伝導シートは、以下の層構成を有する:(第1面)保護層/グラファイトシート(X)/粘着層(第2面)。 The obtained heat conductive sheet has the following layer structure: (first surface) protective layer / graphite sheet (X) / adhesive layer (second surface).
〔評価〕
実施例および比較例で得られた熱伝導シートを、幅60mm×長さ100mmのサイズにカットして、サンプル100を作製した。
〔evaluation〕
The heat conductive sheets obtained in Examples and Comparative Examples were cut into a size of 60 mm in width × 100 mm in length to prepare a
各サンプル100に対し、発熱体6(セラミックヒーター)および4個の熱電対3a、3b、3c、3dを、図5および図6に示すように設置した。
For each
具体的には、各サンプル100に対し、第2面(粘着層側の面)の上端部(サンプル上端からの距離15mm)に、セラミックヒーター(坂口伝熱株式会社製、商品名マイクロセラミックヒーターMS−3、サイズ10mm×10mm)を貼り付けた。
Specifically, for each
また、セラミックヒーター上に熱電対3aを設置し、第1面の上端部(サンプル上端からの距離15mm)に熱電対3bを設置し、第1面の中央部(サンプル上端からの距離50mm)に熱電対3cを設置し、第1面の下端部(サンプル上端からの距離85mm)に熱電対3dを設置した。
Further, a
当該セラミックヒーターに、3.5Wの電力を印可し、セラミックヒーターの温度を上昇させた。印可を開始してから30分間にわたって各熱電対設置個所の温度を測定し、温度安定化後の定常状態における温度を求めた。 An electric power of 3.5 W was applied to the ceramic heater to raise the temperature of the ceramic heater. The temperature at each thermocouple installation location was measured for 30 minutes after the start of application, and the temperature in the steady state after temperature stabilization was determined.
試験結果を表1に示す。 The test results are shown in Table 1.
実施例1の熱伝導シートは、熱電対3a〜3dの設置個所の全てにおいて、比較例1の熱伝導シートよりも低い温度を示した。これは、実施例1の熱伝導シートが、その内部に温度のムラを生じにくく、熱伝導シートの全体を活用して効率的に放熱したために、高い放熱性が得られたことを示している。
The heat conductive sheet of Example 1 showed a lower temperature than the heat conductive sheet of Comparative Example 1 at all the installation locations of the
これに対し、比較例1の熱伝導シートは、熱電対3a〜3dの設置個所の全てにおいて、実施例1の熱伝導シートよりも高い温度であり、放熱性に劣るものであった。また、比較例2の熱伝導シートは、熱電対3aおよび3bの設置箇所において、実施例1の熱伝導シートよりも高い温度であった。これは、比較例2の熱伝導シートの内部において、温度のムラが大きいために、熱伝導シートの全体を活用できず、十分な放熱性が得られなかったことを示している。
On the other hand, the heat conductive sheet of Comparative Example 1 had a higher temperature than the heat conductive sheet of Example 1 at all the installation locations of the
本発明は、放熱部品として好適に利用することができる。より具体的に、本発明は、電子機器(例えば、スマートフォン、タブレット、ノートパソコン、AIスピーカー、スマートグラス、バッテリーモジュール、または、電波基地局)の放熱部品として好適に利用することができる。 The present invention can be suitably used as a heat radiating component. More specifically, the present invention can be suitably used as a heat radiating component of an electronic device (for example, a smartphone, a tablet, a notebook computer, an AI speaker, a smart glass, a battery module, or a radio base station).
1 第1面
2 第2面
3a、3b、3c、3d 熱電対
5、50、60、70 熱伝導シート
6 発熱体
10 高温領域
11 低温領域
51 第1グラファイトシート
52 第2グラファイトシート
53、53a、53b、53c、53d 接着層
54 第1熱伝導層
55 第2熱伝導層
56 第3グラファイトシート
57、58 保護層
100 サンプル
101、102、103、104 電子デバイス
1
Claims (8)
少なくとも2枚のグラファイトシートを含み、
前記グラファイトシートのうち、最も前記第1面寄りに位置する第1グラファイトシートの厚さ方向の熱伝導率は、最も前記第2面寄りに位置する第2グラファイトシートの厚さ方向の熱伝導率よりも高い、熱伝導シート。 A heat conductive sheet having a first surface and a second surface facing back from the first surface.
Contains at least two graphite sheets,
Among the graphite sheets, the thermal conductivity in the thickness direction of the first graphite sheet located closest to the first surface is the thermal conductivity in the thickness direction of the second graphite sheet located closest to the second surface. Higher than, heat conductive sheet.
前記第2面に配置される発熱体と、を備えており、
前記熱伝導シートと前記発熱体とが、接触または接着している、電子デバイス。 The heat conductive sheet according to any one of claims 1 to 6,
It is provided with a heating element arranged on the second surface.
An electronic device in which the heat conductive sheet and the heating element are in contact with or adhered to each other.
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2020
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Cited By (2)
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WO2023067403A1 (en) * | 2021-10-19 | 2023-04-27 | Arcelormittal | Heat spreader material |
WO2023067372A1 (en) * | 2021-10-19 | 2023-04-27 | Arcelormittal | Heat spreader material |
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