JP5194232B2 - 熱伝導材及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品等の発熱体からの放熱を促すため、その発熱体に対して接触するように配置して使用される熱伝導材に関し、詳しくは、シート状のグラファイト層を備えた熱伝導材、及びその製造方法に関する。

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、伝導によって熱を伝える熱伝導性は優れているものの、輻射によって周囲に熱を放射する放熱性はそれ程よくない。このため、グラファイト層を備えた熱伝導材は、電子部品と、放熱フィンや筐体パネル等といったヒートシンクとなる部品（以下、単にヒートシンクという）との間に介在させるように配置して、放熱はそのヒートシンクを介して行う必要があった。

この場合、ヒートシンクとグラファイト層との間に空気層や接着剤層が形成され、それらがグラファイト層からヒートシンクへの熱伝導を阻害する可能性がある。また、放熱フィンなどを設ける場合は小型化が困難で、筐体パネルをヒートシンクとして使用する場合は筐体パネルが熱を持つ可能性がある。このため、直接手に持って使用され、かつ小型化が要請されている携帯電話等への適用には、未だ改良の余地を残していた。更に、各種機器の生産性向上の観点から、ヒートシンクや筐体と接触させなくても電子部品等に貼るだけで熱対策が可能な熱伝導材も要請されている。

こうした観点から、グラファイトの表面に放熱性を有する放熱性塗料を塗布することも考えられるが、グラファイトは強い疎水性，撥水性を有することから、一般にグラファイトと放熱性塗料との相溶性は悪い。このため、グラファイトシートに放熱性塗料を直接塗布するのは困難である。

そこで、本発明は、シート状のグラファイト層を備えた熱伝導材において、その放熱性を良好に向上させ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伝導材は、シート状のグラファイト層と、該グラファイト層の片面を凸に湾曲させた状態でその片面の表面に塗布された放熱性を有する放熱性塗料と、を備えたことを特徴としている。

この場合、グラファイト層の片面を凸に湾曲させた状態でその片面の表面に放熱性塗料を塗布することにより、その放熱性塗料を良好に塗布することができる。このため、電子部品等の発熱体から上記グラファイト層に伝達された熱は、放熱性塗料を介して迅速に放熱される。従って、本発明の熱伝導材は熱伝導性，放熱性が共に優れており、その熱伝導材を電子部品等に貼るだけでも熱対策が可能になる。

そして、この場合更に、上記グラファイト層の上記片面には凹凸が形成され、その凹凸部分も含めた上記片面の表面全体が、凸に湾曲させた状態で上記放熱性塗料を塗布されてもよい。このように、上記グラファイト層の上記片面に予め凹凸が形成されており、その凹凸部分も含めた上記片面が凸に湾曲された状態でその片面の表面全体に上記放熱性塗料を塗布されると、上記片面の表面には上記放熱性塗料を一層良好に塗布することができる。従って、この場合、熱伝導材の放熱性を一層向上させることができる。

また、上記各発明の熱伝導材において、グラファイト層の密度は１．５以上が特に好ましい。この場合、上記グラファイト層に一層良好に上記放熱性塗料を塗布することができ、その熱伝導材の放熱性を一層向上させることができる。

また、上記各発明の熱伝導材において、上記グラファイトシートの上記片面とは反対側の面に、金属板が積層されてもよい。この場合、上記金属板を介して、その熱伝導材をリフロー半田付け処理等によって容易に自動実装することができる。

また、上記目的を達するためになされた本発明の熱伝導材の製造方法は、シート状のグラファイト層の片面の表面に放熱性を有する放熱性塗料を、上記片面を凸に湾曲させた状態で塗布することを特徴としている。

本発明では、グラファイト層の片面を凸に湾曲させた状態でその片面の表面に放熱性塗料を塗布しているので、その片面の表面にはひびが形成されるなどして、その片面の表面に放熱性塗料を良好に塗布することができる。従って、本発明の製造方法では、上記本発明の熱伝導材を容易に製造することができる。そして、このように製造された熱伝導材では、前述のように、電子部品等の発熱体から上記グラファイト層に伝達された熱が放熱性塗料を介して迅速に放熱される。すなわち、本発明によって製造された熱伝導材は熱伝導性，放熱性が共に優れており、その熱伝導材を電子部品等に貼るだけでも熱対策が可能になる。

また、この場合も更に、上記グラファイト層の上記片面には、上記湾曲がなされる前に予め凹凸が形成されてもよい。この場合、上記片面の表面には上記放熱性塗料を一層良好に塗布することができ、得られた熱伝導材の放熱性を一層向上させることができる。

また、本発明の製造方法において、上記放熱性塗料の塗布はコータによってなされ、上記湾曲はそのコータのローラによってなされてもよい。この場合、コータのローラによってグラファイト層を湾曲させながら、その凸に湾曲した側の上記片面の表面に放熱性塗料を塗布する作業が既存の装置（コータ）を利用して容易に実行できる。

また、上記グラファイト層の密度は１．５以上が特に好ましい。この場合、上記湾曲時に一層ひびができ易くなるなどして上記グラファイト層に一層良好に上記放熱性塗料を塗布することができ、得られた熱伝導材の放熱性を一層向上させることができる。

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伝導材１の構成を表す模式的に表す断面図である。図１に示すように、熱伝導材１は、シート状に形成されたグラファイト層の一例としてのグラファイトシート３の片面３Ａの表面に、放熱性塗料５を塗布して構成されている。

このように構成された熱伝導材１は、図１に仮想線で示すように、基板５０上に配置された電子部品５１等の発熱体に、グラファイトシート３の他面３Ｂ（片面３Ａとは反対側の面）を接触させて使用される。すると、電子部品５１等の発熱体で発生した熱は、グラファイトシート３内を良好に伝導され、放熱性塗料５を介して良好に放熱される。

すなわち、グラファイトシート３の放熱性は、放射率（ε）が０．２５〜０．５程度とあまり良好ではないが、その片面３Ａの表面にグラファイトシート３よりも優れた放熱性を有する放熱性塗料５（例えば、商品名「クールテック」：オキツモ株式会社製、放射率（ε）＝０．９程度）を塗布することにより、グラファイトシート３に伝達された熱を迅速に放熱することができる。従って、この熱伝導材１は、熱伝導性，放熱性が共に優れており、その熱伝導材１を電子部品５１等に貼るだけでも熱対策が可能となる。

但し、一般的なグラファイトシートは疎水性，撥水性を有するため、放熱性塗料を直接塗布することが困難である。そこで、本願出願人は、次のようにコータ９０を利用して放熱性塗料５を塗布した。図２は、コータ９０を利用した熱伝導材１の製造方法を表す説明図である。

図２に示すように、この製造方法では、ドラム９１として巻回された長尺状のグラファイトシート３を上下に並べられた一対のローラ９２，９３の間に挟んで搬送する。また、ローラ９２，９３のニップ部上流側には、放熱性塗料５を貯留したホッパ９５が設けられている。なお、本実施の形態では、グラファイトシート３として、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、密度１．５以上としたものを利用し、放熱性塗料５としては前述のものを利用した。

このため、ドラム９１から繰り出されたグラファイトシート３は、下側のローラ９２の表面に沿って、ドラム９１に巻回されていたときと同様の方向に湾曲され、その凸に湾曲された表面（すなわち片面３Ａの表面）に、ホッパ９５に貯留された放熱性塗料５が塗布された後、ローラ９２，９３の間を通って平面状に伸ばされる。

ここで、ローラ９２の表面に沿って湾曲したグラファイトシート３の表面には、図３の光学顕微鏡写真に示すように、その湾曲によって多数のひびが形成される。このように、本実施の形態では、グラファイトシート３の片面３Ａの表面にひびが形成され、かつ、その片面３Ａが凸に湾曲した状態で、その片面３Ａの表面に放熱性塗料５を塗布している。このため、グラファイトシート３の片面３Ａの表面には、放熱性塗料５を前処理なしで良好に塗布することができる。従って、前述のように熱伝導性，放熱性が共に優れた熱伝導材１を、既存の装置（コータ９０）を利用して容易に製造することができる。なお、得られた熱伝導材１の放熱性塗料５が塗布された側の面は、図４の光学顕微鏡写真に示すように滑らかになっている。

また、本発明は上記実施の形態になん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、グラファイトシート３には、図５に示すように周方向に多数の溝１９１が形成されたローラ１９０による圧延を加えることにより、片面３Ａに凹凸を形成してもよい。図６は、このように片面３Ａに凹凸が形成されたグラファイトシート３に、前述の方法で放熱性塗料５を塗布してなる熱伝導材１０１の構成を模式的に表す断面図である。この場合、片面３Ａには放熱性塗料５を一層良好に塗布することができ、放熱性を一層向上させることができる。なお、ローラ１９０によってグラファイトシート３の長手方向に沿った凹凸を形成する代わりに、周知のエンボス加工等によって凹凸を形成してもよく、この場合も同様の効果が生じる。

また、図７に示す熱伝導材２０１のように、グラファイトシート３の他面３Ｂには、シリコン系の接着剤等を介してリン青銅等の金属板９を積層固定してもよい。このような熱伝導材２０１は、図８に例示するようにキャリアテープ２１０に多数載置しておき、周知の自動実装機にかければ、金属板９を介してリフロー半田付け処理等によって容易に自動実装することができる。

更に、グラファイトシート３や放熱性塗料５としては上記以外のものが使用可能であることはいうまでもない。但し、グラファイトシート３の密度が１．５以上である場合、上記湾曲時に一層ひびができ易くなるなどしてグラファイトシート３に一層良好に放熱性塗料５を塗布することができ、延いては熱伝導材１，１０１，２０１の放熱性を一層向上させることができる。

本発明が適用された熱伝導材の構成を表す模式的に表す断面図である。 その熱伝導材の製造方法を表す説明図である。 その熱伝導材を構成するグラファイトシートの湾曲時の表面状態を表す光学顕微鏡写真である。 上記熱伝導材の放熱性塗料側の表面状態を表す光学顕微鏡写真である。 他の実施の形態の熱伝導材の製造方法を表す説明図である。 その熱伝導材の構成を模式的に表す断面図である。 更に他の実施の形態の熱伝導材の構成を模式的に表す断面図である。 その熱伝導材の使用方法を例示する説明図である。

符号の説明

１，１０１，２０１…熱伝導材 ３…グラファイトシート ５…放熱性塗料
９…金属板 ９０…コータ ９１…ドラム
９２，９３…ローラ ９５…ホッパ ２１０…キャリアテープ

Claims (3)

1. シート状のグラファイト層と、
   該グラファイト層の片面を凸に湾曲させた状態でその片面の表面に塗布された放熱性を有する放熱性塗料と、
   を備えたことを特徴とする熱伝導材。
2. 上記グラファイトシートの上記片面とは反対側の面に、金属板が積層されたことを特徴する請求項１に記載の熱伝導材。
3. シート状のグラファイト層の片面の表面に放熱性を有する放熱性塗料を、上記片面を凸に湾曲させた状態で塗布することを特徴とする熱伝導材の製造方法。