JP4101391B2 - 電子部品の放熱部材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品の放熱部材に関する。詳しくは、表面に補強層を有する取扱い性の大なる放熱部材において、電子機器に組み込む際の発熱性電子部品への負荷が小さく、高度な放熱特性を実現することができる放熱部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トランジスタやサイリスタ等の発熱性電子部品を組み込んだ電子機器においては、使用時に発生した熱を如何にして除去するかが重要な課題となっている。従来、その熱の除去方法として、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熱を除去している。このような熱伝導性シートとしては、シリコーンゴムに窒化硼素等の熱伝導性フィラーの充填されたものが使用されている。
【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その内部にある放熱フィンから外部への放熱が困難な場合などでは、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式が取られる場合がある。この伝熱を行うために、発熱性電子部品とケースとの間に、その隙間を埋めるだけの厚みを有した高柔軟性放熱スペーサーが用いられる。
【０００４】
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る際の放熱においても、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る。
【０００５】
このような高柔軟性放熱スペーサーは、アスカーＣ硬度が５０以下という極めて柔らかいものであるため、その装着時等における取扱い性が劣るので、その表面ないしは表面内部にシート、ガラスクロス等の補強層を設けることが提案されている。（特開平２−１９６４５３号公報、特開平６−１５５５１７号公報、特開平７−１４９５０号公報、特開平７−２６６３５６号公報等）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらの補強層によって、取扱い性は改善された。しかし、それを電子機器に組み込むには、発熱性電子部品と補強層とが当接させた状態で締め付けしなければならないが、補強層が高柔軟性放熱スペーサーよりも高硬度であるので、それを考慮して発熱性電子部品が損傷しないように締め付け力を加減すると、十分な接触面積を確保することができず、折角の高柔軟性スペーサーの高熱伝導性を最大限に発現させることが困難である場合が多かった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、表面に補強層を有する取扱い性の大なる放熱部材において、電子機器に組み込む際の発熱性電子部品への負荷が小さく、高度な放熱特性を実現することができる放熱部材を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、アスカーＣ硬度が５０以下の高柔軟性放熱基材の表面及び／又は裏面に、発熱性電子部品が上記高柔軟性放熱基材と接触する領域を少なくとも残し、その領域からその領域に対応する放熱方向側の反対面までの間には、いかなる補強層をも形成させないで、上記高柔軟性放熱基材の表面、裏面及び／又は内部に補強層を設けてなることを特徴とする電子部品の放熱部材である。
【０００９】
【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。
【００１０】
本発明の基材をなす高柔軟性放熱基材（以下、単に「基材」ともいう。）は、アスカーＣ硬度が５０以下の柔らかさを有するものであり、それよりも硬いと、発熱性電子部品が損傷しないように締め付け力を加えてもヒートシンク等との接触面積を十分に確保することができず、折角の優れた基材の高熱伝導性を高度に発現させることが困難となる。好ましいアスカーＣ硬度は、３０以下、特に１５以下である。
【００１１】
このような基材の一例は、付加反応型シリコーンに窒化硼素粉末等の熱伝導性フィラーを１０〜７０体積％、好ましくは２０〜６０体積％を充填し、固化させることによって得ることができる。付加反応型シリコーンの具体例としては、一分子中にビニル基とＨ−Ｓｉ基の両方を有する一液型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。この場合において、柔軟性は、シリコーンの架橋密度、熱伝導性フィラーの充填量によって調整することができる。
【００１２】
熱伝導性フィラーとしては、例えば窒化硼素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、マグネシア、炭化珪素、アルミニウム、銅、銀等から選ばれた一種又は二種以上が使用される。
【００１３】
熱伝導性フィラーの形状は、破砕形状、球状、粉状、繊維状、針状、鱗片状などの如何なるものでもよく、その粒度は、平均粒径０．５〜１００μｍ程度であることが好ましい。
【００１４】
本発明で使用される基材の厚みとしては、０．５〜２０ｍｍが一般適である。また、その平面形状は、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。
【００１５】
本発明の放熱部材は、基材の表面、裏面及び／又は内部に、補強層を設けたことにおいては、従来構造と同じであるが、その際、発熱性電子部品が基材と接触する領域を少なくとも残し、しかもその領域からその領域に対応する放熱方向側の反対面までの間には、いかなる補強層をも形成させないで、補強層を設けたことが特徴である。
【００１６】
その補強層の形成位置の例としては、（１）基材の表面及び／又は裏面に、発熱性電子部品と基材とが接触する領域を残し、その領域からその領域に対応する放熱方向側の反対面までの間には、いかなる補強層をも形成させないで、基材周囲付近の表面、裏面及び／又は内部の全体又は部分に補強層を設ける、（２）発熱性電子部品の平面形状とほぼ同じか又はわずかに大きな領域を基材の表面（又は裏面、又は表面と裏面）に残し、残りの全ての表面（又は裏面、又は表面と裏面）に設ける、（３）基材の内部のみに設けるが、その際、発熱性電子部品の平面形状よりもわずかに大きな領域を内部に設け、その領域からその領域に対応する放熱方向側の表面及び裏面までの間にはいかなる補強層をも設けない、等である。
【００１７】
補強層の厚みと材質については、特に制限はなく、２０〜５００μｍ程度のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥ（ポリエチレン）、ポリアミド、ポリイミド、フッ素樹脂、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）等の樹脂フィルム、銅、アルミニウム等の金属箔、更には、熱伝導性フィラーの充填されたシリコーン樹脂等の熱伝導性樹脂シート又はゴムシートである。
【００１８】
本発明の放熱部材の製造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、窒化硼素粉末を混合してスラリーを調整した後、該スラリーをドクターブレード法により塗布した後、ベルト式乾燥機で加熱・固化して基材を作製し、次いで、その表面に、発熱性電子部品の平面積よりもわずかに大きな開口を打ち抜いた樹脂フィルムを貼り付ける方法があげられる。
【００１９】
基材を作製するためのスラリ−粘度としては、ドクターブレード法の場合は１０万ｃｐｓ以下、押出し法の場合は１０万ｃｐｓ以上であることが望ましい。増粘に際しては、十〜数百μｍのシリコーン微粉やアエロジル等の超微粉や等が使用される。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例と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１〜２
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シリコーン（東レダウコーニング（株）社製「商品名］ＳＥ−１８８５）をＡ液対Ｂ液の混合比を表１に示す配合（体積％）で混合し、これに平均粒子径１４μｍのアルミナ（住友化学（株））社製「商品名ＡＳ−４０」）及び平均粒子径２８μｍの窒化珪素粉（電気化学工業（株）製「商品名Ｆ−２」）を表１に示す割合にて混合し、スラリーを調製した。
【００２２】
スラリーをドクターブレード法により、表１に示す厚みに成形後、遠赤外乾燥機に入れ、１５０℃で５分間加熱し、更に熱風乾燥機で１５０℃で２２時間加熱してシリコーンを固化させた。
【００２３】
次いで、中央部に発熱性電子部品の平面積（１０×１０ｍｍ）よりも大きな開口（１５×１５ｍｍ）を設けたＰＥＴフィルム（厚み０．１ｍｍ、外寸３０×３０ｍｍ）に、上記固化物から打ち抜いて得られた基材（外寸２５×２５ｍｍ）をアクリル系粘着材を用いて貼り付け、本発明の電子部品の放熱部材を製造した。
【００２４】
比較例１
実施例１で得られた基材そのものを放熱部材とした。
【００２５】
比較例２
開口部を有さないＰＥＴフィルムを貼り付けたこと以外は、実施例１と同様にして放熱部材を製造した。
【００２６】
実施例３
補強層として、ＰＥＴフィルムの代わりに、シリコーンゴムに窒化硼素粉末の充填された市販の放熱シート（電気化学工業社製、商品名「Ｍ−２０」 厚み０．２ｍｍ）に開口を設けたものを用いたこと以外は、実施例１と同様にして放熱部材を製造した。
【００２７】
上記で得られた放熱部材について、以下に従う、圧縮率、熱伝導率、取扱い性を測定した。それらの結果を表１に示す。
【００２８】
（１）圧縮率
放熱部材の中央部１ｃｍ2の部分（実施例においては補強層のない部分）に、精密万能試験機（島津製作所社製商品名「オートグラフ」）により、厚さ方向に１００ｇの荷重をかけ、（１）式により算出した。
【００２９】
【数１】
【００３０】
（２）熱伝導率
放熱部材の中央部（実施例においては補強層のない部分）を、１２×１２×０．５ｍｍの突起を有する銅製ヒーターケースと銅板とで挟み、放熱部材厚みの１０％を圧縮した後、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、（２）式にて熱抵抗（℃／Ｗ）を算出し、この熱抵抗値を用いて、（３）式にて熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）を算出した。
【００３１】
【数２】
【００３２】
【数３】
【００３３】
（３）取扱い性
放熱部材を手で持ち上げて判定した。
○：手で持ち上げても変形しない。
×：手で持ち上げると変形する。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、表面に補強層を有する取扱い性の大なる放熱部材において、電子機器に組み込む際の発熱性電子部品への負荷が小さく、高度な放熱特性を実現することができる放熱部材が提供される。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品の放熱部材に関する。詳しくは、表面に補強層を有する取扱い性の大なる放熱部材において、電子機器に組み込む際の発熱性電子部品への負荷が小さく、高度な放熱特性を実現することができる放熱部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トランジスタやサイリスタ等の発熱性電子部品を組み込んだ電子機器においては、使用時に発生した熱を如何にして除去するかが重要な課題となっている。従来、その熱の除去方法として、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熱を除去している。このような熱伝導性シートとしては、シリコーンゴムに窒化硼素等の熱伝導性フィラーの充填されたものが使用されている。
【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その内部にある放熱フィンから外部への放熱が困難な場合などでは、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式が取られる場合がある。この伝熱を行うために、発熱性電子部品とケースとの間に、その隙間を埋めるだけの厚みを有した高柔軟性放熱スペーサーが用いられる。
【０００４】
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る際の放熱においても、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る。
【０００５】
このような高柔軟性放熱スペーサーは、アスカーＣ硬度が５０以下という極めて柔らかいものであるため、その装着時等における取扱い性が劣るので、その表面ないしは表面内部にシート、ガラスクロス等の補強層を設けることが提案されている。（特開平２−１９６４５３号公報、特開平６−１５５５１７号公報、特開平７−１４９５０号公報、特開平７−２６６３５６号公報等）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらの補強層によって、取扱い性は改善された。しかし、それを電子機器に組み込むには、発熱性電子部品と補強層とが当接させた状態で締め付けしなければならないが、補強層が高柔軟性放熱スペーサーよりも高硬度であるので、それを考慮して発熱性電子部品が損傷しないように締め付け力を加減すると、十分な接触面積を確保することができず、折角の高柔軟性スペーサーの高熱伝導性を最大限に発現させることが困難である場合が多かった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、表面に補強層を有する取扱い性の大なる放熱部材において、電子機器に組み込む際の発熱性電子部品への負荷が小さく、高度な放熱特性を実現することができる放熱部材を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、アスカーＣ硬度が５０以下の高柔軟性放熱基材の表面及び／又は裏面に、発熱性電子部品が上記高柔軟性放熱基材と接触する領域を少なくとも残し、その領域からその領域に対応する放熱方向側の反対面までの間には、いかなる補強層をも形成させないで、上記高柔軟性放熱基材の表面、裏面及び／又は内部に補強層を設けてなることを特徴とする電子部品の放熱部材である。
【０００９】
【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。
【００１０】
本発明の基材をなす高柔軟性放熱基材（以下、単に「基材」ともいう。）は、アスカーＣ硬度が５０以下の柔らかさを有するものであり、それよりも硬いと、発熱性電子部品が損傷しないように締め付け力を加えてもヒートシンク等との接触面積を十分に確保することができず、折角の優れた基材の高熱伝導性を高度に発現させることが困難となる。好ましいアスカーＣ硬度は、３０以下、特に１５以下である。
【００１１】
このような基材の一例は、付加反応型シリコーンに窒化硼素粉末等の熱伝導性フィラーを１０〜７０体積％、好ましくは２０〜６０体積％を充填し、固化させることによって得ることができる。付加反応型シリコーンの具体例としては、一分子中にビニル基とＨ−Ｓｉ基の両方を有する一液型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。この場合において、柔軟性は、シリコーンの架橋密度、熱伝導性フィラーの充填量によって調整することができる。
【００１２】
熱伝導性フィラーとしては、例えば窒化硼素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、マグネシア、炭化珪素、アルミニウム、銅、銀等から選ばれた一種又は二種以上が使用される。
【００１３】
熱伝導性フィラーの形状は、破砕形状、球状、粉状、繊維状、針状、鱗片状などの如何なるものでもよく、その粒度は、平均粒径０．５〜１００μｍ程度であることが好ましい。
【００１４】
本発明で使用される基材の厚みとしては、０．５〜２０ｍｍが一般適である。また、その平面形状は、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。
【００１５】
本発明の放熱部材は、基材の表面、裏面及び／又は内部に、補強層を設けたことにおいては、従来構造と同じであるが、その際、発熱性電子部品が基材と接触する領域を少なくとも残し、しかもその領域からその領域に対応する放熱方向側の反対面までの間には、いかなる補強層をも形成させないで、補強層を設けたことが特徴である。
【００１６】
その補強層の形成位置の例としては、（１）基材の表面及び／又は裏面に、発熱性電子部品と基材とが接触する領域を残し、その領域からその領域に対応する放熱方向側の反対面までの間には、いかなる補強層をも形成させないで、基材周囲付近の表面、裏面及び／又は内部の全体又は部分に補強層を設ける、（２）発熱性電子部品の平面形状とほぼ同じか又はわずかに大きな領域を基材の表面（又は裏面、又は表面と裏面）に残し、残りの全ての表面（又は裏面、又は表面と裏面）に設ける、（３）基材の内部のみに設けるが、その際、発熱性電子部品の平面形状よりもわずかに大きな領域を内部に設け、その領域からその領域に対応する放熱方向側の表面及び裏面までの間にはいかなる補強層をも設けない、等である。
【００１７】
補強層の厚みと材質については、特に制限はなく、２０〜５００μｍ程度のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥ（ポリエチレン）、ポリアミド、ポリイミド、フッ素樹脂、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）等の樹脂フィルム、銅、アルミニウム等の金属箔、更には、熱伝導性フィラーの充填されたシリコーン樹脂等の熱伝導性樹脂シート又はゴムシートである。
【００１８】
本発明の放熱部材の製造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、窒化硼素粉末を混合してスラリーを調整した後、該スラリーをドクターブレード法により塗布した後、ベルト式乾燥機で加熱・固化して基材を作製し、次いで、その表面に、発熱性電子部品の平面積よりもわずかに大きな開口を打ち抜いた樹脂フィルムを貼り付ける方法があげられる。
【００１９】
基材を作製するためのスラリ−粘度としては、ドクターブレード法の場合は１０万ｃｐｓ以下、押出し法の場合は１０万ｃｐｓ以上であることが望ましい。増粘に際しては、十〜数百μｍのシリコーン微粉やアエロジル等の超微粉や等が使用される。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例と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１〜２
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シリコーン（東レダウコーニング（株）社製「商品名］ＳＥ−１８８５）をＡ液対Ｂ液の混合比を表１に示す配合（体積％）で混合し、これに平均粒子径１４μｍのアルミナ（住友化学（株））社製「商品名ＡＳ−４０」）及び平均粒子径２８μｍの窒化珪素粉（電気化学工業（株）製「商品名Ｆ−２」）を表１に示す割合にて混合し、スラリーを調製した。
【００２２】
スラリーをドクターブレード法により、表１に示す厚みに成形後、遠赤外乾燥機に入れ、１５０℃で５分間加熱し、更に熱風乾燥機で１５０℃で２２時間加熱してシリコーンを固化させた。
【００２３】
次いで、中央部に発熱性電子部品の平面積（１０×１０ｍｍ）よりも大きな開口（１５×１５ｍｍ）を設けたＰＥＴフィルム（厚み０．１ｍｍ、外寸３０×３０ｍｍ）に、上記固化物から打ち抜いて得られた基材（外寸２５×２５ｍｍ）をアクリル系粘着材を用いて貼り付け、本発明の電子部品の放熱部材を製造した。
【００２４】
比較例１
実施例１で得られた基材そのものを放熱部材とした。
【００２５】
比較例２
開口部を有さないＰＥＴフィルムを貼り付けたこと以外は、実施例１と同様にして放熱部材を製造した。
【００２６】
実施例３
補強層として、ＰＥＴフィルムの代わりに、シリコーンゴムに窒化硼素粉末の充填された市販の放熱シート（電気化学工業社製、商品名「Ｍ−２０」 厚み０．２ｍｍ）に開口を設けたものを用いたこと以外は、実施例１と同様にして放熱部材を製造した。
【００２７】
上記で得られた放熱部材について、以下に従う、圧縮率、熱伝導率、取扱い性を測定した。それらの結果を表１に示す。
【００２８】
（１）圧縮率
放熱部材の中央部１ｃｍ2の部分（実施例においては補強層のない部分）に、精密万能試験機（島津製作所社製商品名「オートグラフ」）により、厚さ方向に１００ｇの荷重をかけ、（１）式により算出した。
【００２９】
【数１】
（２）熱伝導率
放熱部材の中央部（実施例においては補強層のない部分）を、１２×１２×０．５ｍｍの突起を有する銅製ヒーターケースと銅板とで挟み、放熱部材厚みの１０％を圧縮した後、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、（２）式にて熱抵抗（℃／Ｗ）を算出し、この熱抵抗値を用いて、（３）式にて熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）を算出した。
【００３１】
【数２】
【数３】
（３）取扱い性
放熱部材を手で持ち上げて判定した。
○：手で持ち上げても変形しない。
×：手で持ち上げると変形する。
【００３４】
【表１】
【発明の効果】
本発明によれば、表面に補強層を有する取扱い性の大なる放熱部材において、電子機器に組み込む際の発熱性電子部品への負荷が小さく、高度な放熱特性を実現することができる放熱部材が提供される。
Claims (1)
- アスカーＣ硬度が５０以下の高柔軟性放熱基材の表面及び／又は裏面に、発熱性電子部品が上記高柔軟性放熱基材と接触する領域を少なくとも残し、その領域からその領域に対応する放熱方向側の反対面までの間には、いかなる補強層をも形成させないで、上記高柔軟性放熱基材の表面、裏面及び／又は内部に補強層を設けてなることを特徴とする電子部品の放熱部材。
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ID=14050627
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