JP4749631B2 - 放熱部材 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピューター、ワードプロセッサーなどの情報処理機器におけるIC、LSI、CPU、MPU等の半導体素子より発生する熱を効率よく放出するのに有用な放熱部材に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、発熱性電子部品は高密度化により、放熱部材の低熱抵抗化の要求が益々高まっている。また、情報処理機器は携帯用使用の薄型サイズのものが好まれるようになった。これらのことから、情報処理機器に用いられる放熱部材には低熱抵抗性のものが要求されている。
【0003】
従来、放熱部材としては、高熱伝導性フィラーを含有する放熱グリースや、シリコーンゴムなどの柔軟なマトリックスと高熱伝導性フィラーからなる柔軟性放熱部材(放熱スペーサーともいわれている)などがある。
【0004】
しかしながら、放熱グリースは、塗布工程での作業性の悪さ、周囲部位の汚れなどの問題から敬遠される傾向にある。柔軟性放熱部材は使用時の厚みが比較的厚くなるため、発熱性電子部品と放熱フィンの間に装着した場合、放熱部材自身の熱抵抗が低くとも、実装した場合の熱抵抗を著しく低下させることは困難であった。
【0005】
すなわち、情報処理機器の放熱を効率よく行うには、放熱部材自身の熱抵抗を下げること、放熱部材と発熱性電子部品及び放熱フィンとの密着性を高めて隙間発生による熱抵抗の増大を和らげること、放熱部材の厚みが装着された状態で薄化されること(すなわち相変化型放熱部材であること)が理想的である。
【0006】
相変化型放熱部材は、高温により軟化する有機物からなるマトリックスと、金属粉末や無機セラミックス粉末などの熱伝導性粉末(以下、フィラーという)とから構成されている。放熱部材を低熱抵抗性とするには、フィラーをできるだけ最密充填させる必要があり、そのためには粒子径の異なる特定材質のフィラーを組み合わせ使用することが課題解決の糸口となるが、このような観点にたった先行技術は見あたらない。
【0007】
【本発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記に鑑み、放熱部材自身の熱抵抗が小さく、しかも発熱性電子部品と放熱フィンとの間に容易に密着し、薄化容易な相変化型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、平均粒子径20〜35μmの窒化アルミニウム粉末40〜60体積部、平均粒子径0.1〜2μmの窒化アルミニウム粉末40〜60体積部である熱伝導性粉末100体積部に対し、エチレン−酢酸ビニル共重合体とワックスからなり、ワックスの割合が55〜75体積%である加温により相変化する融点が40〜100℃の有機物40〜100体積部が充填された成形物からなることを特徴とする放熱部材である。
また、本発明は、平均粒子径20〜35μmの窒化アルミニウム粉末45〜55体積部、平均粒子径0.1〜2μmのアルミナ粉末45〜55体積部である熱伝導性粉末100体積部に対し、エチレン−酢酸ビニル共重合体とワックスからなり、ワックスの割合が55〜75体積%である加温により相変化する融点が40〜100℃の有機物40〜100体積部が充填された成形物からなることを特徴とする放熱部材である。
また、本発明は、平均粒子径20〜35μmの窒化アルミニウム粉末50〜55体積部、平均粒子径0.1〜2μmの窒化アルミニウム粉末25〜37.5体積部及び平均粒子径0.1〜2μmのアルミナ粉末7.5〜25体積部である熱伝導性粉末100体積部に対し、エチレン−酢酸ビニル共重合体とワックスからなり、ワックスの割合が55〜75体積%である加温により相変化する融点が40〜100℃の有機物40〜100体積部が充填された成形物からなることを特徴とする放熱部材である。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に、更に詳しく本発明について説明する。
【0010】
フィラーと、加温によって相変化する有機物からなるマトリックス(以下、単にマトリックスともいう)との構成比は、フィラー100体積部に対してマトリックス40〜100体積部、特に47〜63体積部であることが好ましい。マトリックスが40体積部未満であると、フィラーの流動性低下により、発熱性電子部品と放熱フィンとの間に容易に密着させることが困難となり、放熱部材の組み込まれた情報処理機器の放熱効率が十分でなくなる。一方、100体積部を超えると、フィラーが相対的に少なくなるため、放熱部材自身の熱抵抗を0.040℃/W以下とすることが困難となる。
【0011】
マトリックスは、融点が40〜100℃の有機物で構成されていることが望ましい。融点が100℃を超える有機物であると、半導体素子に大きな熱的負荷がかかり、情報処理機器の誤作動の原因となる。融点が40℃未満では、放熱部材の取り付け作業時に軟化する恐れがあり、取り扱いが不便になる。
【0012】
融点が40〜100℃の有機物を例示すれば、エチレン系樹脂、プロピレン系樹脂、エチレン−α−オレフィン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体等の熱可塑性樹脂、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラクタムワックス等のワックスである。なかでも、エチレン−酢酸ビニル共重合体は最も低熱抵抗性であるので好ましく、特に相変化性を高めるためにワックスと併用されていることが好ましい。エチレン−酢酸ビニル共重合体の具体例として、三井・デュポンポリケミカル社製「エバフレックス210」がある。また、ワックスとしては、日本精鑞社製の「パラフィンワックス・シリーズ」、「マイクロクロスタリンワックスHi−Micシリーズ」等がある。
【0013】
マトリックスが、エチレン−酢酸ビニル共重合体とワックスの混合物から構成されている場合、ワックスの構成割合は55〜75体積%であることが望ましい。ワックスの割合が55体積%未満では、加温による相変化の程度が小さくなるため、放熱部材の組み込まれた情報処理機器の放熱特性が乏しくなり、また75体積%超であると放熱部材の製造が容易でなくなる。
【0014】
本発明で使用されるフィラーは、アルミナ、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素等である。これらの中でも、フィラー100体積部に対し有機物40〜100体積部を混合し、TO−3型形状の放熱部材を製造したときに、その熱抵抗が0.040℃/W以下となるものが好ましく、これを満たさせるには、窒化アルミニウム粉末、又は窒化アルミニウム粉末とアルミナ粉末との混合粉末が必須成分として含まれていなければならない。
【0015】
すなわち、本発明で使用されるフイラーは、平均粒子径20〜35μmの窒化アルミニウム粉末(以下、粗粉窒化アルミニウム粉末という)と平均粒子径0.1〜2μmの窒化アルミニウム粉末(以下、微粉窒化アルミニウム粉末という)からなる混合粉末であるか、又はこれに更に平均粒子径0.1〜2μmのアルミナ粉末(以下、微粉アルミナという)が混合された混合粉末であって、それらを座標軸とする三成分組成図(図1参照)において、点A(65、35、0)、B(55、0、45)、C(45、0、55)、D(35、65、0)を結ぶ線で囲まれた線分を含む範囲内のものである。このフィラーの使用によって、放熱部材が、高絶縁性かつ高低熱抵抗性(0.040℃/W)を維持し、しかも60℃程度に加温されたときに、発熱性電子部品と放熱フィンとの間に容易に密着し、薄化が容易となる。
【0016】
本発明で使用されるフィラーにおいて、平均粒子径の組み合わせが上記以外であるか、又は平均粒子径の組み合わせが適切であっても粉末種が上記以外であると、放熱部材の熱伝導性が従来レベルを超えても情報処理機器の放熱効率を著しく向上させることはできない。なお、フィラーの微粉アルミナ成分は耐湿材料として機能する。
【0017】
放熱部材の厚みは、0.15〜6mm、特に0.15〜0.5mmが一般的である。放熱部材の平面形状は、発熱性電子部品や放熱フィンと密着できる形状ないしは発熱性電子部品を埋没できる形状であれば制限はない。
【0018】
本発明の放熱部材は、原料の混合・成形を経て製造される。混合には、スリーワンモーター等を用い、加温下で行われる。成形方法は、ロールブレードによる引出し法が望ましく、引き出しには離型処理の施されたフィルムを用いることが好ましい。そのフィルムの一例として、シリコーンを塗布したポリエチレンテレフタレートフィルムがある。
【0019】
【実施例】
以下、実施例をあげて更に具体的に本発明を説明する。
【0020】
実施例1〜7
エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂(三井・デュポンポリケミカル社製商品名「エバフレックス210」)と、ワックス(日本精鑞社製商品名「WAX115」)とを表1に示す割合で、130℃の加温下で混合し、マトリックス原料を調製した。
【0021】
一方、窒化アルミニウム焼結体を粉砕して得た平均粒子径30μmの粗粉窒化アルミニウム粉末、平均粒子径1.6μmの微粉窒化アルミニウム粉末(トクヤマ社製商品名「Hグレード」)、平均粒子径0.5μmの微粉アルミナ(住友化学社製商品名「AA05」)を表1に示す体積百分率で混合し、フィラーを調製した。
【0022】
フィラーとマトリックス原料を表1に示す割合で、130℃の加温下で混合し、引出し法にて厚さ0.25mmのシート状放熱部材を製造した。
【0023】
比較例1〜6
フィラーとマトリックスを表2に示す割合としたこと以外は、実施例に準じて厚さ0.25mmのシート状放熱部材を製造した。
【0024】
比較例7
粗粉窒化アルミニウム粉末の代わりに、窒化アルミニウム焼結体を粉砕して得た平均粒子径60μmの窒化アルミニウム粉末を用いたこと以外は、実施例2と同様にしてシート状放熱部材を製造した。
【0025】
比較例8
微粉窒化アルミニウム粉末の代わりに、平均粒子径12μmのアルミナ粉末(昭和電工社製商品名「AS−40」)を用いたこと以外は、実施例2と同様にしてシート状放熱部材を製造した。
【0026】
上記で得られた放熱部材の熱抵抗、密着性、相変化性、耐湿性を以下に従って測定した。それらの結果を実施例1〜7については表1、比較例1〜6については表2、比較例7及び8については表3に示す。
【0027】
(1)熱抵抗
放熱部材をTO−3型銅製ヒーターケースと銅板の間に0.035N・mの力がかかるようにネジ止めした後、ヒーターケースと銅板が60℃になるまで加熱後室温まで冷却する。ついで、ヒーターケースに電力15Wをかけて4分間保持したときに、銅製ヒーターケースと銅板の温度差を測定し、式、熱抵抗(℃/W)=温度差(℃)/印加電力(W)、により算出した。
【0028】
(2)密着性
放熱部材を15×15mmの大きさに打ち抜き、断面積10×10mmの銅製ヒーターに挟んだ後、1.5kgの荷重をかけ、60℃で20分間加温した。その後、銅製ヒーターからの放熱部材の剥がれ易さを調べた。
「○」:放熱部材が密着し、容易に剥がせない。
「×」:放熱部材が密着せず、容易に剥がせる。
【0029】
(3)相変化性
放熱部材を15×15mmに打ち抜き、離形処理したポリエチレンテレフタレートフィルムに挟んだ後、60℃の加温下で1.5kgの荷重をかけ、20分間放置した。放置後、放熱部材の厚みを測定し、式、相変化性(%)={1−放置後の厚さ(mm)/元の厚さ(mm)}×100、により算出した。
【0030】
(4)耐湿性
放熱部材を温度80℃、相対湿度95%の雰囲気下に1000時間放置した後、放熱部材の熱抵抗を上記に従って測定し、式、耐湿性=放置後の熱抵抗(℃/W)−放置前の熱抵抗(℃/W)、にて算出した。この値が低いほど耐湿性が優れている。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
【0033】
【表3】
【0034】
【発明の効果】
本発明によれば、放熱部材自身の熱抵抗が小さく、しかも発熱性電子部品と放熱フィンとの間に容易に密着し、薄化容易な相変化型放熱部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】三成分組成図
Claims (3)
- 平均粒子径20〜35μmの窒化アルミニウム粉末40〜60体積部、平均粒子径0.1〜2μmの窒化アルミニウム粉末40〜60体積部である熱伝導性粉末100体積部に対し、エチレン−酢酸ビニル共重合体とワックスからなり、ワックスの割合が55〜75体積%である加温により相変化する融点が40〜100℃の有機物40〜100体積部が充填された成形物からなることを特徴とする放熱部材。
- 平均粒子径20〜35μmの窒化アルミニウム粉末45〜55体積部、平均粒子径0.1〜2μmのアルミナ粉末45〜55体積部である熱伝導性粉末100体積部に対し、エチレン−酢酸ビニル共重合体とワックスからなり、ワックスの割合が55〜75体積%である加温により相変化する融点が40〜100℃の有機物40〜100体積部が充填された成形物からなることを特徴とする放熱部材。
- 平均粒子径20〜35μmの窒化アルミニウム粉末50〜55体積部、平均粒子径0.1〜2μmの窒化アルミニウム粉末25〜37.5体積部及び平均粒子径0.1〜2μmのアルミナ粉末7.5〜25体積部である熱伝導性粉末100体積部に対し、エチレン−酢酸ビニル共重合体とワックスからなり、ワックスの割合が55〜75体積%である加温により相変化する融点が40〜100℃の有機物40〜100体積部が充填された成形物からなることを特徴とする放熱部材。
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