JP3178805B2 - 放熱スペーサー - Google Patents

放熱スペーサー

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JP3178805B2 JP28394797A JP28394797A JP3178805B2 JP 3178805 B2 JP3178805 B2 JP 3178805B2 JP 28394797 A JP28394797 A JP 28394797A JP 28394797 A JP28394797 A JP 28394797A JP 3178805 B2 JP3178805 B2 JP 3178805B2
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和義 池田
博昭 澤
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Denki Kagaku Kogyo KK
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器に組み込
んだ時の発熱体への負荷を小さくすることのできる高柔
軟性の放熱スペーサーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】トランジスタ、サイリスタ等の発熱性電
子部品においては、使用時に発生する熱を除去すること
が重要な課題となっている。従来、その除熱は、発熱性
電子部品を電気絶縁性の熱伝導性シートを介して放熱フ
ィンや金属板に取り付けて行われており、熱伝導性シー
トとしては主にシリコーンゴムに熱伝導性フィラーの充
填された放熱シートが使用されている。
【0003】一方、最近の電子機器の高密度化に伴い、
放熱フィン等を取り付けるスペースがない場合や、電子
機器が密閉されていて放熱フィンからの放熱が困難な場
合には、発熱性電子部品から発生した熱を電子機器のケ
ース等に直接伝熱する方法が採られている。この方式に
おいては、発熱性電子部品とケースの間のスペースを埋
めるだけの厚みを有する高柔軟性放熱スペーサーが用い
られている。また、IC化やLSI化された発熱性電子
部品がプリント基板に実装されている場合の放熱におい
ても、プリント基板と放熱フィンとの間に高柔軟性放熱
スペーサーが用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
放熱シートは、ショアー硬度が90以上と硬いために形
状追従性が悪く、発熱性電子部品に密着させる際に押圧
すると応力に弱い発熱性電子部品が破損する問題があっ
た。
【0005】そこで、放熱シートよりも高柔軟な放熱ス
ペーサーが開発されている。しかしながら、従来の放熱
スペーサーは、高柔軟性ではあるが、圧縮して使用した
場合に歪が残り、圧縮時の応力を取り去っても元の厚み
までに復元せず、再使用することができなかった。しか
も、使用時の熱によって膨張したものが冷却によって収
縮して、放熱部材と発熱性電子部品との間に隙間がで
き、放熱性が低下する問題があった。更には、熱伝導性
フィラーの充填量を多くして熱伝導性を高めようとする
と圧縮永久歪が増大し、熱伝導性フィラーの充填量の増
加によって熱伝導性を改善することは困難であった。
【0006】本発明は上記に鑑みてなされたものであ
り、高柔軟性(形状追従性)、高熱伝導性及び復元性
(圧縮永久歪の小さい)のバランスに優れた放熱スペー
サーを提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、熱
伝導性フィラーを含有してなるシリコーン固化物からな
るものであって、その熱伝導性フィラーがシリカ被覆窒
化アルミニウム粉末を含むものであることを特徴とする
放熱スペーサーである。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、更に詳しく本発明について
説明する。
【0009】本発明の放熱スペーサーのマトリックスを
構成するシリコーン固化物は、高柔軟性を有するもので
あり、その具体例は付加反応型液状シリコーンの固化物
である。この付加反応型液状シリコーンとしては、一分
子中にビニル基とH−Si基の両方を有する一液性のシ
リコーン、又は末端あるいは側鎖にビニル基を有するオ
ルガノポリシロキサンと末端あるいは側鎖に2個以上の
H−Si基を有するオルガノポリシロキサンとの二液性
のシリコーンなどをあげることができる。このような付
加反応型液状シリコーンの市販品としては、例えば東レ
ダウコーニング社製、商品名「CY52−283A/
B」等を例示することができる。放熱スペーサーの柔軟
性は、付加反応によって形成される架橋密度や窒化珪素
の充填量によって調整することができる。
【0010】シリコーン固化物の割合は、放熱スペーサ
ー中に30〜70体積%、特に40〜55体積%である
ことが好ましい。30体積%未満では放熱スペーサーの
柔軟性と圧縮永久歪が十分でなくなり、また70体積%
をこえると熱伝導性が低下する。
【0011】本発明で使用される熱伝導性フィラーは、
シリカ被覆窒化アルミニウム粉末を含むものである。
リカ被覆窒化アルミニウム粉末の割合は、熱伝導性フィ
ラー全体の20体積%以上であることが好ましく、好適
には全量である。
【0012】この場合において、シリカ被覆窒化アルミ
ニウム粉末と併用される他の熱伝導性フィラーとして
は、例えば絶縁性が必要な場合には窒化ホウ素、窒化ア
ルミニウム、アルミナ、マグネシア等が使用され、また
絶縁性を問わない場合にはアルミニウム、銅、銀、金、
炭化珪素等が使用される。
【0013】熱伝導性フィラーの形状は、球状、粉状、
繊維状、針状、鱗片状などのいずれでもよく、またその
平均粒子径は1〜100μm程度のものが使用される。
【0014】本発明で使用されるシリカ被覆窒化アルミ
ニウム粉末は、平均粒子径10〜30μm程度の窒化ア
ルミニウム粉末にシリカを数Å〜数10Å程度被覆した
ものであることが好ましい。
【0015】窒化アルミニウム粉末にシリカを被覆する
方法としては、CVD法、プラズマその他の溶射コーテ
ィング法、ガラスなどの焼付け法、スパッタリング法な
どの他、シリコーン樹脂やシランカップリング剤等の有
機ケイ素化合物の溶液を窒化アルミニウム粉末に被覆し
た後熱処理してシリカ質被膜を形成させる方法を採用す
ることができる。なお、シリカ被覆窒化アルミニウム粉
末の市販品があるので、本発明ではそれを用いることが
できる。
【0016】上記のようにして製造された本発明の放熱
スペーサーは、熱伝導率1W/m・K以上、アスカーC
硬度50未満、圧縮永久歪25%以下となる。このよう
な特性を有する放熱スペーサーは、形状追従性(柔軟
性)、熱伝導性及び再利用性に優れたものである。
【0017】本発明の放熱スペーサーの厚みとしては、
一般的には0.3〜20mmであり、好ましくは0.5
〜6mmである。また、その平面ないし断面の形状は特
に制限はなく、例えば三角形、四角形、五角形等の多角
形、円形、楕円形等のいずれであってもよい。更には、
その表面形状は、球面、凸面、一連の凹凸を有する曲面
のいずれであってもよいが、発熱性電子部品との密着性
の点から、凸面が望ましい。
【0018】本発明の放熱スペーサーを製造する方法の
一例を示すと、一液性のシリコーン、又は末端あるいは
側鎖にビニル基を有するオルガノポリシロキサンと末端
あるいは側鎖に2個以上のH−Si基を有するオルガノ
ポリシロキサンとの二液性のシリコーンに、熱伝導性フ
ィラーを混合してスラリーを調製した後、それをフッ素
樹脂やステンレスなどからなる型に流し込み、真空脱泡
装置等にて室温で脱泡後、加熱してシリコーンを固化さ
せ、冷却後、型より外して放熱スペーサーを製造する方
法をあげることができる。なお、必要に応じて、型より
外した後、更に加熱処理を行なうこともできる。
【0019】シートの成形方法には特に制約はなく、ス
ラリーの流し込み法、ドクターブレード法、押し出し法
などが採用される。その際のスラリーとしては、流し込
み法又はドクターブレード法では粘度2万cps以下の
ものが使用され、押し出し法では粘度10万cps以上
のものが使用される。増粘にあたっては、シリカ超微粉
(例えばアエロジル)、10〜数100μmのシリコー
ンパウダーなどを用いる。
【0020】
【実施例】以下、実施例、比較例をあげて更に具体的に
本発明を説明する。
【0021】実施例1〜4 比較例1〜4 シリコーン固化物としてA液(ビニル基を有するオルガ
ノポリシロキサン)とB液(H−Si基を有するオルガ
ノポリシロキサン)の二液性の付加反応型液状シリコー
ン(東レダウコーニング社製、商品名「CY52−28
3」)をA液:B液の混合比を表1に示す割合で混合し
た。これに熱伝導性フィラーとして、シリカ被覆窒化ア
ルミニウム粉末(ダウ・ケミカル社製商品名「SCAN
70」、窒化ホウ素粉末(平均粒子径3μm又は20μ
m)、窒化アルミニウム粉末(平均粒子径3μm)、ア
ルミナ粉末(平均粒子径1.4μm又は16μm)、シ
リカ粉末(平均粒子径30μm)を種々の割合で混合し
てスラリーを調製した後、室温において真空脱泡し、ス
テンレス製型(1mm×110mm×110mm)に充
填し、圧力100kg/cm2 でプレスした。
【0022】次いで、150℃で1時間加熱し、シリコ
ーンを固化させてから型より取り外し、更に150℃で
22時間加熱して放熱スペーサー(1mm×110mm
×110mm)を製造した。
【0023】得られた放熱スペーサーについて、以下に
従い、硬度、熱伝導率及び圧縮永久歪を測定した。それ
らの結果を表1に示す。
【0024】(1)硬度 放熱スペーサーを数枚重ね厚みを10mmとし、アスカ
ーC硬度計にて測定した。
【0025】(2)熱伝導率 放熱スペーサーをTO−3型銅製ヒーターケースと銅板
との間にはさみ、トルクレンチにより締め付けトルク2
00g−cmを掛けてセットした後、銅製ヒーターケー
スに電力5Wをかけて4分間保持し、銅製ヒーターケー
スと銅板との温度差(℃)を測定し、熱抵抗(℃/W)
=温度差(℃)/電力(W)、により熱抵抗(℃/W)
を算出し、この熱抵抗値を用いて、熱伝導率(W/m・
K)=厚み(m)/{熱抵抗(℃/W)×測定面積(m
2 )}、より熱伝導率を算出した。
【0026】(3)圧縮永久歪 JIS K 6301に準拠して測定するため、直径2
9mm、厚み12.7mmの試験片を別に製造した。こ
れを25%圧縮した後(試験片の厚みが9.52mmに
なるまで圧縮した後)、150℃の大気中で22時間放
置した。その後、室温にて圧縮を解除し、木板の上に3
0分間放置してから厚みを測定し、圧縮永久歪(%)=
〔試験前の厚み(mm)−試験後の厚み(mm)〕×1
00/〔試験前の厚み(mm)−圧縮時の厚み(m
m)〕、により算出した。
【0027】
【表1】
【0028】表1より、実施例の放熱スペーサーは、ア
スカーC硬度が50未満、熱伝導率が1W/m・K以
上、圧縮永久歪が25%以下と、柔軟性(形状追従
性)、熱伝導性及び復元性(再利用性)のバランスに優
れたものであることがわかる。
【0029】
【発明の効果】本発明の放熱スペーサーは、柔軟性(形
状追従性)、熱伝導性及び復元性(再利用性)のバラン
スに優れているため、発熱性電子部品の搭載された回路
基板に押しつけても応力が少なく、また高密度化され発
熱性電子部品の搭載された回路基板にも良好な密着性を
保った状態で効率の良い放熱を行うことができ、しかも
再利用することができる。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱伝導性フィラーを含有してなるシリコ
    ーン固化物からなるものであって、その熱伝導性フィラ
    ーがシリカ被覆窒化アルミニウム粉末を含むものである
    ことを特徴とする放熱スペーサー。
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