JP4430523B2

JP4430523B2 - 熱拡散シート

Info

Publication number: JP4430523B2
Application number: JP2004358888A
Authority: JP
Inventors: 康弘川口
Original assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Current assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2024-12-10
Also published as: JP2006165482A

Description

本発明は、電子部品等の発熱体に接触するように配置して使用され、その発熱体が発生した熱を周囲に拡散する熱拡散シートに関する。

従来より、シリコーンゴムに熱伝導フィラーを充填し、混練・成形してなる熱伝導材が考えられている。この種の熱伝導材は、電気・電子装置の内部において、例えば、発熱体となる電子部品等に接触するように配置され、その電子部品等が発生する熱を逃がす用途に使用される。このため、この種の熱伝導材は、例えばＣＰＵの高速化等のために不可欠な素材として注目を集めている。

また、グラファイトは極めて熱伝導性に優れていることが知られている。特に、シート状に形成されたいわゆるグラファイトシートは、熱伝導率を密度及び比熱で割った熱拡散率が高く、シートの一部に当接した発熱体の熱を迅速にシート全体に拡散させることができる。そこで、シート状のグラファイト層を備えた熱伝導材によって、上記のように電子部品等が発生する熱を逃がすことも考えられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−９２３８４号公報

ところが、グラファイトは比較的脆い機械的性質を有し、端縁の切断部などからグラファイトの粉末（いわゆる切りカス）がこぼれ落ちる可能性がある。グラファイトには導電性があるため、このようにグラファイトの粉末がこぼれ落ちると、周囲の回路に障害を引き起こす可能性がある。そこで、本発明は、グラファイトを利用して熱を周囲に拡散させる熱拡散シートにおいて、グラファイトがこぼれ落ちるのを良好に防止することを目的としてなされた。

上記目的を達するためになされた本発明の熱拡散シートは、厚さ方向に押圧して圧延され、平板状に構成されたグラファイトシートと、アルミ箔によって構成され、上記グラファイトシートを表裏面から覆い、上記グラファイトシートの全周から突出してその突出した部分が上記グラファイトシートの厚さ方向の中間で互いに貼り合わせられた一対の被覆シートと、を備え、上記一対の被覆シートの貼り合わせ部分にグラファイトの粉末が分散し、上記グラファイトシートの端縁は潰れて上記被覆シートの貼り合わせ部分に当接したことを特徴としている。

このように構成された本発明では、グラファイトシートは厚さ方向に押圧して圧延されているため、面に沿った熱伝導性が極めて優れている。このため、例えば本発明の熱拡散シートの中央にＣＰＵ等の発熱体を当接させると、その発熱体が発生した熱を周囲に迅速に拡散させることができ、延いてはその発熱体の過熱を良好に防止することができる。

また、そのグラファイトシートは表裏面を一対の被覆シートで覆われ、更に、その被覆シートは、グラファイトシートの全周から突出してその突出した部分で互いに貼り合わせられている。このため、上記グラファイトシートを構成するグラファイトの粉末がこぼれ落ちるのも良好に防止することができる。

また、上記一対の被覆シートは、熱伝導性の優れたアルミ箔によって構成され、上記一対の被覆シートが、上記グラファイトシートの厚さ方向の中間で貼り合わせられているので、更に次のような効果が生じる。

この場合、熱伝導性の優れた上記被覆シートがグラファイトシートの厚さ方向の中間から周方向に突出した構成が得られる。薄肉でかつ熱伝導性の優れた部材（上記被覆シート）がこのように周方向に突出すると、その部材が放熱フィンとして作用する。従って、この場合、上記発熱体が発生した熱を周囲に良好に拡散させるばかりでなくその熱を良好に放熱することができ、上記発熱体の過熱を一層良好に防止することができる。

また、上記一対の被覆シートの貼り合わせ部分にグラファイトの粉末が分散している。このため、熱伝導性の優れたグラファイトの粉末がグラファイトシートの厚さ方向の中間から周方向に突出した構成が得られ、その部材が放熱フィンとして作用する。従って、上記発熱体が発生した熱を周囲に良好に拡散させるばかりでなくその熱を良好に放熱することができ、上記発熱体の過熱を一層良好に防止することができる。更に、上記一対の被覆シートの貼り合わせ部にグラファイトの粉末が分散するため、上記一対の被覆シート間の温度差も低下させることができる。従って、発熱体の過熱を更に一層良好に防止することができる。

また、上記グラファイトシートの端縁は潰れて、上記被覆シートの貼り合わせ部分に当接している。このため、熱を拡散させるグラファイトシートから上記放熱フィンとして作用する部分への熱伝達が一層良好に行われ、発熱体の過熱を更に一層良好に防止することができる。

次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。図１は、本発明が適用された熱拡散シート１の構成を表す断面図である。図１に示すように、熱拡散シート１は、略正方形（図２（Ｂ）参照）の平板状に構成されたグラファイトシート２を、被覆シートとしての一対のアルミ箔３，３によって被覆して構成されている。

また、アルミ箔３，３はグラファイトシート２の四隅から突出し、その突出した部分で貼り合わされている。熱拡散シート１では、このようにグラファイトシート２が一対のアルミ箔３，３によって封止されているので、グラファイトシート２を構成するグラファイトの粉末がこぼれ落ちるのも防止することができる。

次に、図２は、その熱拡散シート１の製造方法を表す斜視図である。先ず、グラファイトシート２を、膨張黒鉛をローラで厚さ方向に押圧してプレス圧延することにより、厚さ０．０５ｍｍ〜２ｍｍ、比重１．５〜２．２のシート状に形成する。このようにして製造されたグラファイトシート２を、図２（Ａ）に示すように１枚のアルミ箔３と重ね、厚さ方向にプレスしながら圧延することによって、上記アルミ箔３とグラファイトシート２とを圧着することができる。

続いて、図２（Ｂ）に示すように、グラファイトシート２を多数の正方形に切り抜き、その表面に更にもう１枚のアルミ箔３を重ねて厚さ方向にプレスしながら圧延する。これによって、上記多数の正方形状のグラファイトシート２を２枚のアルミ箔３で個々に封止することができる。

そして、各グラファイトシート２の周囲のアルミ箔３，３を、アルミ箔３，３同士が圧着された部分が残るように切断することにより、前述の熱拡散シート１を多数同時に製造することができる。なお、アルミ箔３，３の厚さはいずれも０．０５〜０．５ｍｍとした。また、上記各圧延工程はグラファイトシート２とアルミ箔３との間に市販のアクリル系粘着剤を挟んで圧延を行った。

このように構成された熱拡散シート１は、グラファイトシート２が前述のように圧延されているため、面に沿った熱伝導性が極めて優れている。このため、例えば熱拡散シート１の中央にＣＰＵ等の発熱体を当接させると、その発熱体が発生した熱を周囲に迅速に拡散させることができ、延いてはその発熱体の過熱を良好に防止することができる。

なお、この熱拡散シート１は厚さ方向にある程度圧縮可能なため、いわゆるインターフェイス材としても良好に使用することができる。例えば、図３に示すように、この熱拡散シート１を放熱板としての板金１１と、基板１２上に固定された発熱体としてのＣＰＵ１３との間に挟んで使用することもできる。

また、そのグラファイトシート２はアルミ箔３で封止されており、前述のようにグラファイトの粉末がこぼれ落ちるのも防止できるので、導電性を有するグラファイト粉末がこぼれ落ちて周囲の回路に障害を引き起こすのも良好に防止することができる。

更に、アルミ箔３，３も熱伝導性に優れているので、上記発熱体が発生した熱を一層良好に拡散させることができる。また、アルミ箔３，３は、図１に示すようにグラファイトシート２の厚さ方向の中心から周方向に突出して貼り合せられているので、この部分が放熱フィンとして作用する。従って、この場合、上記発熱体が発生した熱を周囲に良好に拡散させるばかりでなくその熱を良好に放熱することができ、上記発熱体の過熱を一層良好に防止することができる。

しかも、前述のように正方形に切り抜かれた後の圧延工程により、図１に示すようにグラファイトシート２の端縁は潰れ、その端縁がアルミ箔３，３の貼り合わせ部分（すなわち上記放熱フィンとして作用する部分）に当接している。このため、発熱体が発生した熱を拡散させるグラファイトシート２から上記放熱フィンとして作用する部分への熱伝達が一層良好に行われ、発熱体の過熱を更に一層良好に防止することができる。

また更に、熱拡散シート１は、前述のように薄く成形されているため、フレキシブル性を有している。このため、熱拡散シート１は曲げて使用することもでき、その曲げられた部分を例えばファンからの風が通る箇所に配設すれば、放熱性を一層向上させることができる。また、グラファイトシート２は硫黄分を含み、銅などの金属に対して腐食性を有するが、熱拡散シート１では、グラファイトシート２が前述のようにアルミ箔３で封止されているので、金属の腐食の心配もない。

なお、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。例えば、アルミ箔３，３の代わりに樹脂フィルム（例えばＰＥＴや熱伝導性ポリイミドなど）を使用することもできる。この場合、熱拡散シート１の表面を絶縁性とすることができる。また、アルミ箔３，３の代わりに金属層と樹脂層とを積層してなる複合材も使用できる。金属層と樹脂層とを積層してなる複合材の場合、各層の積層順序により、熱拡散シート１の表面を導電性とすることも絶縁性とすることもできる。また、金属層による導電性、熱伝導性を活かしながら、樹脂層により機械的強度を改善することもできる。このような金属層と樹脂層とを積層してなる複合材を使用する場合、各層を何層設けるか、各層の積層順序をどのような順序とするか等は、任意に設計することができる。なお、このような金属と樹脂の積層体は、金属フィルムと樹脂フィルムを張り合わせたり、金属フィルムに対して樹脂コーティングを施したり、あるいは、樹脂フィルムに対して公知の薄膜形成法（例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法など）にて金属層を形成したりすることによって作製することができる。

また、図２（Ｂ）のようにグラファイトシート２を正方形に切り抜くと、そのときにグラファイト粉末２ａ（図４参照）が周囲のアルミ箔３の上に散乱するが、これを除去せずにその後の工程を行ってもよい。この場合、図４に示すように、アルミ箔３，３の貼り合せ部分に介在する粘着剤４の中にグラファイト粉末２ａが分散し、上記放熱フィンとしての放熱作用が一層向上する。また、一対のアルミ箔３，３の間にグラファイト粉末２ａが存在することにより、そのアルミ箔３，３の間の温度差も低下させることができ、発熱体の過熱を一層良好に防止することができる。

また、このようにグラファイト粉末２ａを分散させた場合、アルミ箔３の代わりに樹脂シートを使用した場合にも、上記貼り合わせ部分が放熱フィンとして作用する。従って、この場合も、上記発熱体が発生した熱を周囲に良好に拡散させるばかりでなくその熱を良好に放熱することができ、上記発熱体の過熱を一層良好に防止することができる。

更に、グラファイトシート２はプレス加工によって３次元的な形状とすることもできるので、その表面に凹凸を設けてフィンとして機能させれば、板金１１等を利用しなくてもＣＰＵ１３等の発熱体の過熱を良好に防止することができる。また、本発明の熱拡散シートは、上記製造方法以外の方法で製造してもよく、グラファイトシートも正方形以外の長方形，円形等の形状に、必要に応じて適宜構成することができる。更に、上記実施の形態では、アルミ箔３，３を粘着剤を利用して圧着しているが、アルミ箔３，３が熱可塑性樹脂でコーティングされていたりアルミ箔３，３の代わりに熱可塑性樹脂を使用した場合は、溶着によってグラファイトシートを封止することができる。

本発明が適用された熱拡散シートの構成を表す断面図である。その熱拡散シートの製造方法を表す斜視図である。その熱拡散シートの使用例を表す断面図である。その熱拡散シートの変形例の構成を表す部分断面図である。

符号の説明

１…熱拡散シート２…グラファイトシート３…アルミ箔４…粘着剤

Claims

厚さ方向に押圧して圧延され、平板状に構成されたグラファイトシートと、
アルミ箔によって構成され、上記グラファイトシートを表裏面から覆い、上記グラファイトシートの全周から突出してその突出した部分が上記グラファイトシートの厚さ方向の中間で互いに貼り合わせられた一対の被覆シートと、
を備え、
上記一対の被覆シートの貼り合わせ部分にグラファイトの粉末が分散し、
上記グラファイトシートの端縁は潰れて上記被覆シートの貼り合わせ部分に当接したことを特徴とする熱拡散シート。