JP2023028309A - 車載電子制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】シリコーン樹脂に混合させる窒化ホウ素フィラを最適化し、高熱伝導率の放熱材を実現し、放熱性が向上された車載電子制御装置を提供する。【解決手段】放熱材１５は、複数の粒径の粒子からなる窒化ホウ素フィラ２１と、 シリコーン樹脂２２と、を備える。窒化ホウ素フィラ２１は、シリコーン樹脂２２に含有され、窒化ホウ素フィラ２１は、０．０１μｍ～１０μｍの粒径の粒子を有するホウ素フィラ２１または１００μｍ～５００μｍの粒径の粒子を有する窒化ホウ素フィラ２１を含む。これにより、熱伝導率が向上し、放熱性が向上する。【選択図】図４
Description
本発明は、放熱材およびそれを用いる車載電子制御装置に関する。
自動運転車の更なる高機能化に伴い、放熱性と低ノイズ性を両立する車載電子制御装置が必要である。その車載電子制御装置には電子部品の放熱用に、部品上にシリコーン樹脂を母材とした放熱材が塗布されている。
電子部品の放熱性を向上するには放熱材の高熱伝導化が有効であるが、一般的なアルミナフィラで高熱伝導化を図る場合、フィラの高含有率化に伴い比誘電率も上がってしまう。このため、放熱材を経由しての輻射ノイズが増大してしまうという課題がある。
そこで、フィラを低含有率として、高熱伝導化を実現でき、かつ低誘電率な窒化ホウ素フィラを含有させる放熱材の開発が注目されている。
窒化ホウ素フィラを用いた放熱材の高熱伝導化技術に関しては、特許文献１に開示されている。
特許文献１に記載された技術では、エポキシ樹脂を母材とした放熱材が記載されている。
しかし、車載電子制御装置においては、車載用に使用される他の部材との線膨張係数の関係上、放熱材としてエポキシ樹脂を使用することは困難である。
しかし、車載電子制御装置においては、車載用に使用される他の部材との線膨張係数の関係上、放熱材としてエポキシ樹脂を使用することは困難である。
窒化ホウ素フィラを同じ含有率で、シリコーン樹脂とエポキシ樹脂に混合させると、シリコーン樹脂を母材とした放熱材の熱伝導率は、エポキシ樹脂を母材とした放熱材の熱伝導率より低い。
このため、シリコーン樹脂を母材とした放熱材に窒化ホウ素フィラを混合させた場合における高熱伝導化技術が要求される。
本発明の目的は、シリコーン樹脂に混合させる窒化ホウ素フィラを最適化し、高熱伝導率の放熱材を実現し、放熱性が向上された車載電子制御装置を提供することである。
上記する課題を解決するため、本発明は、次のように構成される。
放熱材は、複数の粒径の粒子からなる窒化ホウ素フィラと、シリコーン樹脂と、を備え、前記窒化ホウ素フィラは、前記シリコーン樹脂に含有され、前記窒化ホウ素フィラは、０．０１μｍ～１０μｍの粒径の粒子を有する前記ホウ素フィラまたは１００μｍ～５００μｍの粒径の粒子を有する前記窒化ホウ素フィラを含む。
本発明によれば、シリコーン樹脂に混合させる窒化ホウ素フィラを最適化し、高熱伝導率の放熱材を実現し、放熱性が向上された車載電子制御装置を提供することができる。
なお、上記した以外の課題、構成及び効果については、下記する実施例の説明により、明らかにされる。
以下、車載電子制御装置の実施形態について、添付図及び表を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。
本発明の各実施例に適用される車載電子制御装置について説明し、各実施例における窒化ホウ素フィラとシリコーン樹脂の混合物である放熱部材（放熱材とも称する））の前提条件について説明する。
図１は、本発明の実施例における車載電子制御装置１の外観斜視図である。また、図２は、車載電子制御装置１の分解斜視図であり、図３は、図２に示した分解斜視図を上下反対側から見た斜視図である。また、図４は、車載電子制御装置１が組み立てられた場合における、基板４及び放熱台座１０を示す部分断面図である。
図１、図２、図３及び図４に示す車載電子制御装置１は、自動車の室内に設置され、自動車を制御する電子回路を有する。図２に示すように、車載電子制御装置１は、半導体素子２０等の発熱する電子部品２と、コネクタ３と、回路基板４と、筐体（ハウジング）を構成するベース５及びカバー６とを備えている。電子部品２と回路基板４とがベース５及びカバー６に収容される。ベース５及びカバー６は金属製である。
電子部品２及びコネクタ３は、回路基板４に搭載されている。コネクタ３は、回路基板４に搭載された電子部品２と外部の機器とを接続する。コネクタ３は、複数本のピン端子を有している。コネクタ３は、ピン端子を回路基板４に圧入やはんだ等により接続することで、回路基板４に搭載される。コネクタ３は、ピン端子を介して基板４と電気的に接続される。
電子部品２は、例えば、基板４の片面又は両面にはんだ等を用いて電気的に接続（実装）される。具体的には、各実施例における電子部品２は、インターポーザ１９を介し、はんだバンプ１８を介して回路基板４におけるカバー６と対向する一面に電気的に接続される。各実施例の車載電子制御装置１では、電子部品２は、回路基板４の両面に実装されていてもよいものである。
回路基板４は、例えば、熱硬化性樹脂及びガラスクロス、回路パターンが形成される金属配線からなる一般的な積層配線基板や、セラミクスと金属配線からなる配線基板、ポリイミドなどのフレキシブル基板と金属配線からなる配線基板等が用いられる。回路基板４の四隅には、ねじ孔が形成されている。そして、回路基板４は、固定ねじ８によりベース５及びカバー６に固定される。また、回路基板４における電子部品２が搭載された箇所の詳細な構成については、後述する。
ベース５は、略平板状に形成されている。ベース５における回路基板４が配置され、複数の凸部である放熱台座１０が形成されている。凸部である放熱台座１０は、ベース５から回路基板４に向けて突出している。放熱台座１０は、回路基板４がベース５に載置された際に、回路基板４に搭載された電子部品２と、回路基板４を介して対向する位置に設けられている。また、一つの放熱台座１０に対して複数の電子部品２が対向してもよい。
カバー６は、一面が開口した中空の略矩形状に形成されている。また、カバー６における開口が形成された端部の四隅には、ねじ孔が形成されている。カバー６は、ベース５に配置された回路基板４を覆うようにして、ベース５に設置される。そして、固定ねじ８をベース５、カバー６及び回路基板４のねじ孔に締結することで、回路基板４及びベース５、カバー６が一体に固定される。
なお、ベース５及びカバー６は、例えば、鋳造やプレス、切削加工、射出成形等により形成される。ベース５及びカバー６としては、例えば、樹脂と充填材（窒化ホウ素フィラ２１）とを混合する高熱伝導樹脂で形成される。高熱伝導樹脂の熱伝導率は、２～３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが好ましい。また、ベース５及びカバー６としては、高熱伝導樹脂に限定されるものではなく、樹脂や金属材料のみでベース５及びカバー６を形成してもよい。
なお、ベース５及びカバー６を形成する樹脂としては、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）や、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ６）等を用いることが好ましい。また、充填材としては、ガラス繊維や炭素繊維、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のいずれかを用いることが好ましい。そして、金属としては、アルミニウム（Ａｌ）やアルミニウムを主成分とする合金が好ましい。
次に、図４を参照して基板４及びベース５における電子部品２が搭載される箇所の詳細な構成について説明する。
図４は、回路基板４及び放熱台座１０を示す断面図である。
図４に示すように、回路基板４における電子部品２が搭載される箇所には、電子部品２と放熱台座１０の間に、放熱部材１５が充填される。そして、放熱部材１５は、放熱台座１０と回路基板４とを熱的に接続すると共に回路基板４と放熱台座１０を接着する。放熱部材（放熱材）１５により電子部品２で発生する熱が、インターポーザ１９、はんだバンプ１８、回路基板４を介して外部に放熱される。または、放熱部材１５により電子部品２で発生する熱は、ベース５を介して外部に放熱される。
ベース５及びカバー６を有するハウジングの電子部品２との対向面に、放熱材１５が塗布される放熱台座１０が形成されている（備えられている）。
放熱部材１５としては、接着材やグリース（潤滑剤）としての機能を有し、かつシート状の熱硬化性のシリコーン樹脂２２に高熱伝導のフィラ２１を含有させた材料が用いられる。
シリコーン樹脂２２は、シロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）による主骨格を持つ、合成高分子である。シリコーン樹脂２２はゴムの性質を示し、放熱機器に与える応力が少ないため、放熱材１５の母材としてよく使われている。
窒化ホウ素フィラ２１（以降、単にフィラ２１と記すこともある）は窒化ホウ素を含有するものであり、窒素とホウ素からなる固体の化合物である。窒化ホウ素には六方晶窒化ホウ素（ｈ－ＢＮ）と立法晶窒化ホウ素（ｃ－ＢＮ）があり、鱗片状や球状などの形状を持つ。窒化ホウ素フィラ２１は、熱伝導性、耐熱性、耐食性、電気絶縁性、潤滑・離型性に優れ、各種の樹脂と混合できる。
鱗片形状の窒化ホウ素の粒子は、長手方向に対して高熱伝導性を有することから、鱗片形状の窒化ホウ素の粒子の長さ方向を制御（調整）して、電子部品２から放熱台座１０への放熱性をより向上することができる。
窒化ホウ素フィラ２１の粒子形状が球状であっても、以下の示す条件を満たせば、電子部品２から放熱台座１０への放熱性をより向上することができる。
また、窒化ホウ素フィラ２１の比誘電率が３～４と低いため、樹脂との混合物の比誘電率を低くすることができ、低ノイズ化ができる。
シリコーン樹脂２２への窒化ホウ素フィラ２１の含有率は、窒化ホウ素フィラ２１と樹脂の混合物の体積を１００ｖｏｌ％とした場合に、窒化ホウ素フィラ２１の体積分率として定義する。高熱伝導性及び低比誘電率の観点からは、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が４０ｖｏｌ％以上であることが好ましく、３０ｖｏｌ％以上であることがより好ましい。さらに、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が２０ｖｏｌ％以上であるとすることが好ましい。
以上の含有率範囲において、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が低くても、フィラ２１の径の最適化により高熱伝導化が実現できる。また、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が低ければ低いほど、混合物全体の誘電率が低く、低ノイズ化ができる。窒化ホウ素フィラ２１の含有率は特に制限されず、例えば、分解して調べられる。ある一定の体積の窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物をｎ－ヘキサンに溶かし、ろ過によりフィラ２１の成分を分離し、窒化ホウ素フィラ２１の体積を質量と密度で計算することで、窒化ホウ素フィラ２１の体積と混合物の体積により窒化ホウ素フィラ２１の含有率を算出することができる。
シリコーン樹脂２２へ混合する窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径は、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の形状によって決められたルールに従って測定した窒化ホウ素フィラ２１の粒子の長さである。窒化ホウ素フィラ２１の粒子の形状が球状である場合、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の直径をフィラ２１の粒子の径として定義する。窒化ホウ素フィラ２１の粒子の形状が不定形である場合、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の長軸径をフィラ２１の粒子の径として定義し、例えば、鱗片状の六方晶窒化ホウ素（ｈ－ＢＮ）は六方晶の結晶構造であり、長軸をフィラ２１の粒子径として定義する。
窒化ホウ素フィラ２１の粒子の長軸の判断は、例えば、走査型電子顕微鏡のように、形状を直接観察できる装置で観察し、形状およびその長さを定量的に測定した結果を反映するものとする。また、その際の窒化ホウ素フィラ２１の粒子の長軸の長さは、粒度分布測定装置に加え、走査型電子顕微鏡の測長機能を利用して測定する。
上記検討の結果により、シリコーン樹脂２２に含まれる窒化ホウ素フィラ２１の粒度分布において、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径が１００μｍ～５００μｍの窒化ホウ素フィラ２１と、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径が０．０１μｍ～１０μｍの窒化ホウ素フィラ２１を含むシリコーン樹脂２２の高熱伝導化ができる。
シリコーン樹脂２２に窒化ホウ素フィラ２１を混ぜる際に、フィラ２１の成分において、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径（粒径）が１００μｍ～５００μｍの窒化ホウ素フィラ２１と、０．０１μｍ～１０μｍの窒化ホウ素フィラ２１とが含まれることが好ましい。そして、シリコーン樹脂２２に含まれる窒化ホウ素フィラ２１は、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径が１００μｍ～５００μｍが１５％以上、または窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径０．０１μｍ～１０μｍが１０％以上の窒化ホウ素フィラ２１が含まれることがより好ましい。また、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径が１００μｍ～５００μｍが１５％以上、かつフィラ２１の粒子の径０．０１μｍ～１０μｍが１０％以上の窒化ホウ素フィラ２１が含まれることがさらに好ましい。
粒度分布の測定法は特に制限されず、例えば、レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置により調べられる。レーザー回折法は、サンプルにレーザー光を照射し、回折・散乱光の強度パターンからサンプルの粒度分布を求める方法である。
シリコーン樹脂２２に窒化ホウ素フィラ２１を混合させた際の空隙率は、窒化ホウ素フィラ２１を含む空間の単位体積において、単位体積中の隙間の体積として定義する。
例えば、シリコーン樹脂２２に窒化ホウ素フィラ２１を混合させた材料を、ヘキサンなどで溶解した後に、塊となっている窒化ホウ素フィラ２１の中に存在する空砲や隙間の総割合が空隙率である。
空隙率が低ければ低いほど、窒化ホウ素フィラ２１の最密充填に近づき、窒化ホウ素フィラ２１間の隙間が小さく、熱伝導パスが形成されることで、高熱伝導化ができる。本検討の結果により、空隙率が２０％以下であることが好ましい。空隙率は、窒化ホウ素フィラ２１の粒度分布のデータを空隙率シミュレーションソフトに入力し、計算した。
窒化ホウ素フィラ２１のシリコーン樹脂２２への含有率が４０ｖｏｌ％におけるフィラ２１の粒子の径０．０１μｍ～１０μｍの窒化ホウ素フィラ２１の含有率を０～２５％、フィラ２１の粒子の径１００μｍ～５０μｍの窒化ホウ素フィラ２１の含有率を０～３５％変化させた場合の熱伝導率について実験をおこなった。その結果の一例を、図５に示す。
図５において、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径０．０１μｍ～１０μｍの含有率が約２２％、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径１００μｍ～５０μｍの含有率が０％の場合は、熱伝導率は４．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径０．０１μｍ～１０μｍの含有率が１５％、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径１００μｍ～５０μｍの含有率が１０％の場合が、熱伝導率は３．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
また、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径０．０１μｍ～１０μｍの含有率が１０％、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径１００μｍ～５０μｍの含有率が約１２％の場合は、熱伝導率は４．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径０．０１μｍ～１０μｍの含有率が約１９％、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径１００μｍ～５０μｍの含有率が１５％の場合が、熱伝導率は５．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
また、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径０．０１μｍ～１０μｍの含有率が２０％、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径１００μｍ～５０μｍの含有率が約１８％の場合は、熱伝導率は６．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径０．０１μｍ～１０μｍの含有率が１０％、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径１００μｍ～５０μｍの含有率が約１８％の場合が、熱伝導率は５．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
また、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径０．０１μｍ～１０μｍの含有率が約３％、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径１００μｍ～５０μｍの含有率が約２０％の場合は、熱伝導率は３．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径０．０１μｍ～１０μｍの含有率が０％、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径１００μｍ～５０μｍの含有率が３０％の場合が、熱伝導率は４．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
図５に示した実験結果から、窒化ホウ素フィラ２１の粒子の径１００μｍ～５００μｍが１５％以上、またはフィラ２１の粒子の径０．０１μｍ～１０μｍが１０％以上の窒化ホウ素フィラ２１が含まれることがより好ましい。
次に、上述した構成を有する車載電子制御装置１に係る各実施例について説明する。
（実施例１）
本発明の実施例１について説明する。
本発明の実施例１について説明する。
実施例１においては、窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２を混合して、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が３６ｖｏｌ％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１のうちで、粒径が１００μｍ～５００μｍの窒化ホウ素フィラ２１の粒子の割合が０％、粒径が０．０１μｍ～１０μｍの窒化ホウ素フィラ２１の粒子の割合が２２％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物（「以下混合物１」ともいう）は、その他の粒径窒化ホウ素フィラ２１の粒子も含まれている。
上記のように、調整した窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物を１２０°Ｃで９０分間硬化させた。混合物１の熱伝導率を測定するために、サンプルの厚みを１ｍｍに加工し、熱拡散率測定装置を用いて熱拡散率を測定した。
測定結果にアルキメデス法により測定した密度と、熱分析法であるＤＳＣ法により測定した比熱を乗じることにより、混合物１の熱伝導率を求めた。空隙率は、窒化ホウ素フィラ２１の粒度分布のデータを空隙率シミュレーションソフトに入力し、計算した。
実施例１の熱伝導率の効果については、後述する実施例２～６とともに、比較例１と比較した表１を参照して説明する。
実施例１によれば、シリコーン樹脂２２に混合させる窒化ホウ素フィラ２１を最適化し、高熱伝導率の放熱材を実現し、放熱性が向上された車載電子制御装置を提供することができる。
（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。
次に、本発明の実施例２について説明する。
実施例２においては、窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２を混合して、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が３８ｖｏｌ％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１のうちで、粒径が１００μｍ～５００μｍ粒子の割合が１０％、粒径が０．０１μｍ～１０μｍ粒子の割合が１５％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物は、その他の粒径の窒化ホウ素フィラ２１の粒子も含まれている。
実施例２における窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物の硬化条件は混合物１と同様であり、熱伝導率、空隙率も実施例１の混合物１と同様に求めた。
実施例２の熱伝導率の効果については、実施例１、３～６とともに、比較例１と比較した表１を参照して説明する。
実施例２においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
（実施例３）
次に、本発明の実施例３について説明する。
次に、本発明の実施例３について説明する。
実施例３においては、窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２を混合して、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が３９ｖｏｌ％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１のうちで、粒径が１００μｍ～５００μｍ粒子の割合が１２％、粒径が０．０１μｍ～１０μｍ粒子の割合が１０％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物は、その他の粒径の窒化ホウ素フィラ２１も含まれている。
窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物の硬化条件は混合物１と同様であり、熱伝導率、空隙率は実施例１の混合物１と同様に求めた。
実施例３の熱伝導率の効果については、実施例１、２、４～６とともに、比較例１と比較した表１を参照して説明する。
実施例３においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
（実施例４）
次に、本発明の実施例４について説明する。
次に、本発明の実施例４について説明する。
実施例４においては、窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２を混合して、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が４１ｖｏｌ％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１のうちで、粒径が１００μｍ～５００μｍ粒子の割合が３０％、粒径が０．０１μｍ～１０μｍ粒子の割合が０％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物は、その他の粒径の窒化ホウ素フィラ２１も含まれている。
窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物の硬化条件は混合物１と同様であり、熱伝導率、空隙率は実施例１の混合物１と同様に求めた。
実施例４の熱伝導率の効果については、実施例１、実施例２の熱伝導率の効果については、実施例１、３～６とともに、比較例１と比較した表１を参照して説明する。
実施例４においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
（実施例５）
次に、本発明の実施例５について説明する。
次に、本発明の実施例５について説明する。
実施例５においては、窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２を混合して、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が４１ｖｏｌ％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１のうちで、粒径が１００μｍ～５００μｍ粒子の割合が１５％、粒径が０．０１μｍ～１０μｍ粒子の割合が１９％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物は、その他の粒径の窒化ホウ素フィラ２１も含まれている。
窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物の硬化条件は混合物１と同様であり、熱伝導率、空隙率は実施例１の混合物１と同様に求めた。
実施例５の熱伝導率の効果については、実施例１、２、４、６とともに、比較例１と比較した表１を参照して説明する。
実施例５においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
（実施例６）
次に、本発明の実施例６について説明する。
次に、本発明の実施例６について説明する。
実施例６においては、窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２を混合して、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が４４ｖｏｌ％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１のうちで、粒径が１００μｍ～５００μｍ粒子の割合が１８％、粒径が０．０１μｍ～１０μｍ粒子の割合が２０％となるように調整した。
窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物は、その他の粒径の窒化ホウ素フィラ２１も含まれている。
窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物の硬化条件は混合物１と同様であり、熱伝導率、空隙率は実施例１の混合物１と同様に求めた。
実施例６の熱伝導率の効果については、実施例１～５とともに、比較例１と比較した表１を参照して説明する。
実施例６においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
＜比較例１＞
比較例１について説明する。
比較例１について説明する。
比較例１においては、窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２を混合して、窒化ホウ素フィラ２１の含有率は４０ｖｏｌ％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１のうちで、粒径が１００μｍ～５００μｍ粒子の割合が０％、粒径が０．０１μｍ～１０μｍの粒子の割合が０％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物は、その他の粒径の窒化ホウ素フィラ２１も含まれている。
窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物の硬化条件は混合物１と同様であり、熱伝導率、空隙率は実施例１の混合物１と同様に求めた。
表１は、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が３５～４５ｖｏｌ％である実施例１～６と比較例１の熱伝導率を比較した表である。
表１に示すように、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が３５～４５ｖｏｌ％であるとき、粒径が１００μｍ～５００μｍ粒子と粒径が０．０１μｍ～１０μｍの粒子が含まれない比較例１と比較して、空隙率が２０％以下となったときに、熱伝導率の向上が確認できた。
特に、実施例５と実施例６において、粒径が１００μｍ～５００μｍの粒子の割合が１５％以上、粒径が０．０１μｍ～１０μｍの粒子の割合が１０％以上を同時に満たし、空隙率が１５％以下となり、熱伝導率が５Ｗ／ｍＫ以上となり、実施例１～４より更なる熱伝導率の向上が得られた。
（実施例７）
次に、本発明の実施例７について説明する。
次に、本発明の実施例７について説明する。
実施例７においては、窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２を混合して、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が２９ｖｏｌ％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１のうちで、粒径が１００μｍ～５００μｍの粒子の割合が１６％、粒径が０．０１μｍ～１０μｍの粒子の割合が１０％となるように調整した。
窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物の硬化条件は混合物１と同様であり、熱伝導率、空隙率は実施例１の混合物１と同様に求めた。
実施例７の熱伝導率の効果については、実施例８、９とともに、比較例２と比較した表２を参照して説明する。
実施例７においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
（実施例８）
次に、本発明の実施例８について説明する。
次に、本発明の実施例８について説明する。
実施例８においては、窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２を混合して、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が２９ｖｏｌ％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１のうちで、粒径が１００μｍ～５００μｍ粒子の割合が０％、粒径が０．０１μｍ～１０μｍの粒子の割合が４４％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物は、その他の粒径の粒子を有する窒化ホウ素フィラ２１も含まれている。
窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物の硬化条件は混合物１と同様であり、熱伝導率、空隙率は実施例１の混合物１と同様に求めた。
実施例８の熱伝導率の効果については、実施例７、９とともに、比較例２と比較した表２を参照して説明する。
実施例８においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
（実施例９）
次に、本発明の実施例９について説明する。
次に、本発明の実施例９について説明する。
実施例９においては、窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２を混合して、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が３０ｖｏｌ％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１のうちで、粒径が１００μｍ～５００μｍの粒子の割合が０％、粒径が０．０１μｍ～１０μｍの粒子の割合が９０％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物は、その他の粒径の粒子を有する窒化ホウ素フィラ２１も含まれている。
窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物の硬化条件は混合物１と同様であり、熱伝導率、空隙率は実施例１の混合物１と同様に求めた。
実施例９の熱伝導率の効果については、実施例７、８とともに、比較例２と比較した表２を参照して説明する。
＜比較例２＞
比較例２について説明する。
比較例２について説明する。
比較例２においては、窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２を混合して、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が３１ｖｏｌ％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１のうちで、粒径が１００μｍ～５００μｍの粒子の割合が０％、粒径が０．０１μｍ～１０μｍの粒子の割合が０％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物は、その他の粒径の粒子を有する窒化ホウ素フィラ２１も含まれている。
窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物の硬化条件は混合物１と同様であり、熱伝導率、空隙率は実施例１の混合物１と同様に求めた。
表２は、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が２０ｖｏｌ％以上である実施例７～９と比較例２の熱伝導率を比較した表である。
表２に示すように、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が２０ｖｏｌ％以上であるとき、実施例７～９は、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が３１ｖｏｌ％であり、粒径１００μｍ～５００μｍの粒子と粒径０．０１μｍ～１０μｍの粒子が含まれない比較例２と比較して、空隙率が２０％以下となったときに、熱伝導率の向上が確認できた。特に、実施例７において、粒径１００μｍ～５００μｍの粒子の割合が１５％以上、粒径０．０１μｍ～１０μｍの粒子の割合が１０％以上を同時に満たし、空隙率は１９％となり、実施例８と実施例９より更なる熱伝導率の向上が得られた。
（実施例１０）
次に、本発明の実施例１０について説明する。
次に、本発明の実施例１０について説明する。
実施例１０においては、窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２を混合して、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が４８ｖｏｌ％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１のうちで、粒径１００μｍ～５００μｍの粒子の割合が１６％、粒径０．０１μｍ～１０μｍの粒子の割合が８％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物は、その他の粒径の粒子を有する窒化ホウ素フィラ２１も含まれている。
窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物の硬化条件は混合物１と同様であり、熱伝導率、空隙率は実施例１の混合物１と同様に求めた。
実施例１０の熱伝導率の効果については、実施例１１～１４とともに、表３を参照して説明する。
実施例１０においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
（実施例１１）
次に、本発明の実施例１１について説明する。
次に、本発明の実施例１１について説明する。
実施例１１においては、窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２を混合して、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が４９ｖｏｌ％となるように調整した。フィラ２１のうちで、粒径が１００μｍ～５００μｍの粒子の割合が１１％、粒径が０．０１μｍ～１０μｍの粒子の割合が２５％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物は、その他の粒径の粒子を有する窒化ホウ素フィラ２１も含まれている。
窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物の硬化条件は混合物１と同様であり、熱伝導率、空隙率は実施例１の混合物１と同様に求めた。
実施例１１の熱伝導率の効果については、実施例１０、１２～１４とともに、表３を参照して説明する。
実施例１１においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
（実施例１２）
次に、本発明の実施例１２について説明する。
次に、本発明の実施例１２について説明する。
実施例１２においては、窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２を混合して、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が５０ｖｏｌ％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１のうちで、粒径が１００μｍ～５００μｍの粒子の割合が２４％、粒径が０．０１μｍ～１０μｍの粒子の割合が１２％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物は、その他の粒径の粒子を有する窒化ホウ素フィラ２１も含まれている。
窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物の硬化条件は混合物１と同様であり、熱伝導率、空隙率は実施例１の混合物１と同様に求めた。
実施例１２の熱伝導率の効果については、実施例１０、１１、１３、１４とともに、表３を参照して説明する。
実施例１２においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
（実施例１３）
次に、本発明の実施例１３について説明する。
次に、本発明の実施例１３について説明する。
実施例１３においては、窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２を混合して、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が５３ｖｏｌ％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１のうちで、粒径が１００μｍ～５００μｍの粒子の割合が２２％、０．０１μｍ～１０μｍの粒子の割合が１９％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物は、その他の粒径の粒子を有する窒化ホウ素フィラ２１も含まれている。
窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物の硬化条件は混合物１と同様であり、熱伝導率、空隙率は実施例１の混合物１と同様に求めた。
実施例１３の熱伝導率の効果については、実施例１０～１２、１４とともに、表３を参照して説明する。
実施例１３においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
（実施例１４）
次に、本発明の実施例１４について説明する。
次に、本発明の実施例１４について説明する。
本発明の実施例１４においては、窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２を混合して、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が５５ｖｏｌ％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１のうちで、粒径が１００μｍ～５００μｍの粒子の割合が２３％、粒径が０．０１μｍ～１０μｍの粒子の割合が２２％となるように調整した。窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物は、その他の粒径の粒子を有する窒化ホウ素フィラ２１も含まれている。
窒化ホウ素フィラ２１とシリコーン樹脂２２の混合物の硬化条件は混合物１と同様であり、熱伝導率、空隙率は実施例１の混合物１と同様に求めた。
実施例１４の熱伝導率の効果については、実施例１０～１３とともに、表３を参照して説明する。
実施例１４においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
表３は、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が４５～５５ｖｏｌ％である実施例１０～１４をまとめた表である。
表３に示すように、窒化ホウ素フィラ２１の含有率が４５～５５ｖｏｌ％であるとき、空隙率は１２％以下となり、熱伝導率の向上が確認できた。特に、実施例１２～１４において、粒径が１００μｍ～５００μｍの粒子の割合が１５％以上、粒径が０．０１μｍ～１０μｍの粒子の割合が１０％以上を同時に満たし、空隙率は１０％以下となり、熱伝導率が７Ｗ／ｍＫ以上であり、実施例１０と実施例１１より更なる熱伝導率の向上が得られた。
以上のように、本発明によれば、シリコーン樹脂２２に混合させる窒化ホウ素フィラ２１を最適化し、高熱伝導率の放熱材を実現し、放熱性が向上された車載電子制御装置を提供することができる。
なお、図５を参照して説明した 窒化ホウ素フィラ２１のシリコーン樹脂２２への含有率が４０ｖｏｌ％における実験結果についても、本発明の他の実施例に包含することができる。
また、本発明による放熱材は、車載電子制御装置のみならず、車載以外のインバータやコンバータ等に使用される放熱材にも適用可能である。
１・・・車載制御装置、２・・・電子部品、３・・・コネクタ、４・・・回路基板、５・・・ベース、６・・・カバー、８・・・固定ネジ、１０・・・放熱台座、１５・・・放熱部材（放熱材）、１８・・・はんだバンプ、１９・・・インターポーザ、２０・・・半導体素子、２１・・・窒化ホウ素フィラ２１、２２・・・シリコーン樹脂
Claims (7)
- 複数の粒径の粒子からなる窒化ホウ素フィラと、
シリコーン樹脂と、
を備え、前記窒化ホウ素フィラは、前記シリコーン樹脂に含有され、前記窒化ホウ素フィラは、０．０１μｍ～１０μｍの粒径の粒子を有する前記ホウ素フィラまたは１００μｍ～５００μｍの粒径の粒子を有する前記窒化ホウ素フィラを含むことを特徴とする放熱材。 - 請求項１に記載の放熱材であって、
前記窒化ホウ素フィラは、前記０．０１μｍ～１０μｍの粒径の粒子または前記１００μｍ～５００μｍの粒径の粒子を含むことを特徴とする放熱材。 - 請求項１に記載の放熱材であって、
前記窒化ホウ素フィラは、前記０．０１μｍ～１０μｍの粒径の粒子が１０％以上、かつ、前記１００μｍ～５００μｍの粒径の粒子が１５％以上であることを特徴とする放熱材。 - 請求項２又は３に記載の放熱材であって、
上記窒化ホウ素フィラの前記粒子の形状は鱗片状であることを特徴とする放熱材。 - 請求項２又は３に記載の放熱材であって、
前記窒化ホウ素フィラの前記粒子の形状は球状であることを特徴とする放熱材。 - 請求項４又は５に記載の放熱材であって、
前記放熱材の前記窒化ホウ素フィラの含有率は２０ｖｏｌ％以上であることを特徴とする放熱材。 - 回路基板と、前記回路基板上に実装された電子部品と、前記回路基板を収容する金属製のハウジングと、
前記ハウジングの前記電子部品との対向面に、請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の前記放熱材が塗布される放熱台座と、
を備えることを特徴とする車載電子制御装置。
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-
2021
- 2021-08-19 JP JP2021133937A patent/JP2023028309A/ja active Pending
-
2022
- 2022-02-08 WO PCT/JP2022/004944 patent/WO2023021727A1/ja unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023021727A1 (ja) | 2023-02-23 |
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