JP6512229B2 - 放熱シート - Google Patents

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Description

本発明は、例えば発熱する電子部品からの発熱を外部に放熱するのに好適な放熱シートに関する。
CPUのような自ら発熱する電子部品は、過度に昇温すると適正に作動しなくなる恐れがある。それを回避するために、適宜の冷却デバイスが電子部品とともに用いられる。そのような冷却デバイスの一例として、特許文献1に記載される放熱シートや特許文献2に記載される熱輸送デバイスが挙げられる。
特許文献1に記載の放熱シートは、マトリックス樹脂および熱伝導性フィラーからなる熱伝導性接着剤層とその熱伝導性接着剤層を担持する一方向に延伸したエキスパンドシートより構成されている。特許文献2に記載の熱輸送デバイスは、ハウジング内に封入された作動流体と、ハウジング内に設けられ作動流体の流路を形成するエキスパンドシートと、毛細管構造体とで構成されている。
特開2001−291810号公報 特開2011−086753号公報
特許文献1に記載される放熱シートにおいても、特許文献2に記載される熱輸送デバイスにおいても、エキスパンドシートは、姿勢保持等の構造部材としての機能と、伝熱性あるいは放熱性を確保する熱伝導パスとしての機能とを備えている。特許文献1および特許文献2にも記載されているように、従来、この種の放熱シート等で用いられるエキスパンドシート10は、図11(a)に示すように、薄板状の金属シート1に、幅Lの間隔で、千鳥状に多列に切り込み2・・を入れ、それを切り込み2の方向に直交する方向にシート1を延伸する(エキスパンドする)ことで形成される。図11(b)は、そのようにして形成された従来のエキスパンドシート10の一例であり、引き延ばすことで前記切り込み2・・の箇所が切り込み2の形成方向に直交する方向に次第に拡開され、その拡開によって前記切り込み2の箇所は菱形の開口部3・・に変形する。
この形態のエキスパンドシート10は、薄板状のシート1を延伸したものであり、図11(c)に図11(b)のA−A線での断面図を示すように、連結部4の領域では、隣接する切り込み2、2間の距離Lの2倍(2L)の幅を有しているが、連結部4と連結部4との間であるストランド部5では、隣接する切り込み間の距離Lの幅となっている。
図12(a)は、このエキスパンドシート10の開口部3にマトリックスとしての樹脂材料11を充填して形成した放熱シート20の平面図であり、図12(b)は図12(a)のB−B線による断面図、図12(c)は図12(a)のC−C線による断面図である。図示のように、エキスパンドシート10は全体が樹脂材料11中に埋入しており、エキスパンドシート10の開口部3には樹脂材料11が充填されている。この形態の放熱シート20において、図12(b)に示すように、放熱部材10における前記連結部4は、放熱シート20の厚みSを規制していて、放熱シート20の上面20aと下面20bとの間の全域に亘るようにして、連結部4が位置している。そして、連結部4の上端部4aは放熱シート20の上面20a側に露出してあるいはごく近接して位置しており、連結部4の下端部4bは放熱シート20の下面20b側に露出してあるいはごく近接して位置している。
一方、図12(c)に示すように、前記ストランド部5では、その幅Lが連結部4の幅2Lの1/2であることから、図で上位に位置するストランド部5Uの上端部5aは放熱シート20の上面20a側に露出してあるいはごく近接して位置しているが、その下端部5bは放熱シート20の厚み方向のほぼ中間部に位置していて、放熱シート20の下面20b側には達していない。また、図で下位に位置するストランド部5Dの下端部5bは放熱シート20の下面20b側に露出してあるいはごく近接して位置しているが、その上端部5aは放熱シート20の厚み方向のほぼ中間部に位置していて、放熱シート20の上面20a側には達していない。
そのために、従来のこの形態の放熱シート20ではエキスパンドシート10における連結部4が位置する部位とストランド部5が位置する部位とでは、熱伝導パスとしての機能に差が出るのを避けられず、結果、放熱シート20全体としてみた場合、放熱部材10による熱伝導パスの形成が不十分とならざるを得ず、高熱伝導化するためには放熱部材10の放熱シート20に占める割合を高めることが必要とされている。このことは、樹脂材料の比率を下げることを意味しており、放熱シート20の柔軟性を犠牲にせざるをえなくなっている。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、所要の柔軟性を保持することができながら、より高い熱伝導性を確保することができる放熱シートを開示することを課題とする。
本発明による放熱シートは、基本的に、樹脂材料と前記樹脂材料より熱伝導率の高い材料でできた面方向への広がりと所要厚みを備えた放熱部材とを含む放熱シートであって、前記放熱部材は薄板材からなり、該薄板材には、所定長さの直線状の切り込みの適数個が所定長さの非切り込み部を介してX軸方向に直線状に配列している切り込み列の適数本がX軸に直交するY軸方向に間隔をおいて互いに平行に形成されており、隣接する前記切り込み列間における前記切り込みと切り込みの間に位置する薄板材部分は凸部と凹部とがX軸方向に交互に繰り返す状態に折り曲げられ、かつY軸方向で隣接する前記凸部と凹部は凸部と凹部とが対向して位置するように折り曲げられている形状であり、前記放熱部材は、その凸部と凹部の頂部を残して全体が前記樹脂材料中に埋入していることを特徴とする。
この放熱シートにおいて、前記凸部と凹部の頂部は平坦面とされていることは好ましい態様である。
この放熱シートにおいて、放熱シートの表裏面には絶縁層が形成されていてもよい。また、この放熱シートにおいて、前記放熱部材は表裏面に絶縁皮膜を有していてもよい。
この放熱シートにおいて、前記放熱部材は熱伝導率が10W/m・K以上の単一材料または複合材料からなることは好ましい。
この放熱シートにおいて、前記樹脂材料は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイト樹脂およびポリイミド樹脂のいずれか1つまたは2つ以上の組み合わせからなることは好ましい。
本発明によれば、柔軟性を犠牲にすることなく、高い熱伝導性を備えた放熱シートが提供される。
放熱シートで用いる放熱部材をその製造工程とともに説明する第1の図。 図1に続く第2の図。 製造された放熱部材の斜視図。 製造された放熱部材の側面図。 放熱部材の一部を拡大して示す側面図。 放熱シートを製造する工程を説明する第1の図。 放熱シートを製造する工程を説明する第2の図。 製造後の放熱シートを示す側面図。 放熱シートの他の実施の形態を示す側面図。 放熱シートのさらに他の実施の形態を示す側面図。 従来の放熱シートで用いられている放熱部材であるエキスパンドシートを説明するための図。 従来の放熱シートを説明するための図。
図面を参照しながら、本発明による放熱シートの一実施の形態を説明する。
[放熱部材]
最初に、この実施の形態の放熱シートで用いる放熱部材の一例をその製造工程とともに説明する。
放熱部材の素材としては、金属、セラミックス、グラファイト等を挙げることができる。金属としては、銅、アルミニウム、金、銀、ニッケル、亜鉛、等を例示できる。セラミックスとしては、アルミナ、シリカ、窒化ホウ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、等を例示できる。セラミックスを用いる場合は、焼成前のグリーンシートの状態で成形することは、成形が容易なことから好ましい。好ましくは、熱伝導率が10W/m・K以上であるそれらの単一または複合材料である。素材は、好ましくは10μm〜500μmの薄板状の原シート50とされる。
図1に示すよう、最初に、薄板状の原シート50に対して、適宜の工作機械を用いて、X軸方向に伸びる切り込み列53を適数本だけ形成する切り込み加工を行う。前記切り込み列53は、長さaの直線状の切り込み51の適数個と、X軸方向で隣接する切り込み51と切り込み51の間に位置する長さbの非切り込み部52とからなり、全体として直線状である。
前記切り込み列53の適数本が、X軸に直交するY軸方向に適宜の間隔Lをおいて互いに平行に形成されている。前記間隔Lはすべてが等しいことが望ましいが、すべてが等しい間隔であることは必ずしも必要でない。前記平行に隣接する切り込み列53と切り込み列53の間の間隔Lは、0.05mm〜5mm程度であってよい。なお、各切り込み列53における前記切り込み51および非切り込み部52のX軸方向での位置は、同じ位置となるように切り込み加工を行う。
次に、プレス装置を用いて、Y軸方向で隣接する前記切り込み列53、53間における前記切り込み51、51の間に位置する原シート50の領域54・・に対して、曲げ加工を行う。曲げ加工は、図2(a)に側面図を示すように、前記領域54におけるX軸方向に隣接する場所においては、例えば山折り部である凸部55と谷折り部である凹部56が交互に繰り返すようにする。一例として前記した原シート50に対して、図で上に凸の形状である作動子61を下から上に向けて押し上げ加工することで凸部55が形成され、X軸方向に隣接する図で下に凸の形状である作動子62を上から下に向けて押し下げ加工することで凹部56が形成される。それを繰り返すことで、例えば図1にL1で示す原シート50の領域、すなわち、切り込み列53、53の間の領域には、山折り部である凸部55と谷折り部である凹部56とがX軸方向に交互に繰りかえした状態で連続して形成される。そして、凸部55と凹部56の間には、前記非切り込み部52の領域である平面領域57が残った状態となる。
なお、前記凸部55および凹部56の形状は、前記作動子61、62の形状に依存する。先端が尖った形状の作動子を用いる場合には、凸部55および凹部56の頂部は鋭角な頂部となり、図2(b)に示すように、先端が平坦面63となった作動子を用いる場合には、凸部55および凹部56の頂部は平坦面となる。なお、作動子61、62の横幅Tは前記切り込み列53、53間の間隔Lにほぼ等しく、先端の平坦面63の長さPは前記切り込み51の長さaより短い。作動子61、62として、図示のものでは側面視で台形のものを示したが、側面視で半円形あるいは楕円形をなす形状であってもよく、それらにおいて、頂部が水平面に切除された形状であってもよい。
図1に示すように、前記したL1で示す領域にY軸方向で隣接する領域L2、L3に対しても、同様にして、曲げ加工を行う。ただし、隣接する領域L2、L3においては、図2において鎖線で示すように、前記領域L1における山折り部である凸部55に対向する部位では谷折り部である凹部56が対向して形成されるように、また、谷折り部である凹部56に対向する部位では山折り部である凸部55が対向して形成されるように、曲げ加工を行う。
そのようにして、原シート50の面方向に折り曲げ加工を行った状態の放熱部材100の斜視図が図3に、また、その側面図が図4に示される。そして、図5は、図4の一部を拡大して示している。なお、図4および図5において、斜線を付した部分は前記したL1の領域の側面図を、白抜きの部分は前記L1にY軸方向で隣接するL2(L3)の領域の側面図を示している。
図示のように、曲げ加工された放熱部材100は、全体として厚みhである平板状の部材であり、厚み方向のほぼ中央部には、X軸方向の幅がbであり、Y軸方向の長さが原シート50のY軸方向の全幅におよぶ平面領域57が、X軸方向に所要の間隔をおいて、適数個存在することとなる。
そして、隣接する2つの前記平面領域57、57の間には、平面領域57よりも上に膨らむ前記凸部55と下に膨らむ前記凹部56とがY軸方向に交互に形成されており、前記凸部55と凹部56のY軸方向での位置関係は、凸部55と凹部56とが対向して向かい合うようになっている。そのために、所定の厚みhを備えた放熱部材100は、上下方向の圧縮には所要の耐性を備えながら、X軸方向およびY軸方向の双方において、曲げの自由度も大きくなっている。
前記したように、プレス加工に用いる作動子61、62の先端形状と大きさを変えることで、前記凸部55と凹部56の形状や大きさを任意に変更することができる。もちろん、前記直線状の切り込み51の長さa、非切り込み部52の長さb、隣接する切り込み列53の間隔Lの値を適宜変更することで、所望の柔軟性を備えた放熱部材100を得ることができる。さらに、所望の曲げ加工を終えた後に、放熱部材100にX軸方向の延伸を与えることでも、前記凸部55と凹部56の形状や高さを変えることができる。
[樹脂材料300]
前記した放熱部材100を樹脂材料300内に埋入することで、放熱シート200が得られる。樹脂材料300は、樹脂単体でもよく、機能向上のためにフィラーを充填した樹脂であってもよい。樹脂としては、湿気硬化型、常温硬化型(1液タイプ、2液混合タイプのいずれも可)のシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、等の熱硬化型樹脂、あるいは、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイト樹脂、ポリイミド樹脂、等の熱可塑性樹脂を例示できる。フィラーとしては、銅、アルミ、銀、ニッケル、亜鉛、等の金属充填材、アルミナ、シリカ、窒化ホウ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、グラファイト、等の無機充填材、を例示できる。さらに、前記した放熱部材100の製造に用いる材料を粒子化して前記樹脂材料300に混合した混合材料も用いることができる。
[放熱シート200の製造]
放熱部材100を前記の樹脂材料300中に埋入するには任意の方法で行うことができる。図6および図7はその一例を示しており、図6に示すように、形成した放熱部材100を金型400に入れ、端部をピン等の適宜の手段で抑えて寸法を固定する。そして、その上から、前記した樹脂材料300を流し込む。次に、図7に示すように、金型400に蓋401をして高さを整えた後、恒温槽に投入し、樹脂材料300を加熱硬化させる。冷却後に、型から取り外すことで、図8に側面図を示す厚みhの放熱シート200が得られる。
[放熱シート200の利点]
上記のように、この実施の形態の放熱シート200は、1枚の熱伝導性の高い薄板状の原シート50に切り込み加工と曲げ加工を施した放熱部材100を構造材とし、その全体を樹脂材料300に埋入させることで、製造される。
前記放熱部材100は、前記したように、1つの構造体でありながら、面方向だけでなく厚み方向へも連続して配向しており、そのために、図8に示すように、途中で途切れることのない熱伝導パスPが形成される。また、放熱シート200の上下面に放熱部材100の一部が位置しているために、被着体(発熱体等)との界面での熱伝達を効率的に行うことができ、実用時の熱抵抗を小さくできる。さらに、放熱部材100の前記凸部55と凹部56は前記のように上下方向で重複しないように、平面視で交互に配置されているために、XYの平面方向、厚みhの方向のどちらにも、柔軟に変形することができる。さらに、放熱部材100は、X軸方向およびY軸方向に連続的に繋がった空間領域を有しており、そのために、樹脂材料300中に埋設するときでの樹脂材料300の充填性に優れている。また、そのために、充填後の放熱シート100から樹脂材料300の脱落等も無く、耐久性も向上する。
さらに、放熱部材100は、構造的にも強くかつ曲げの自由度が高いことから、CPUのような自ら発熱する電子部品に対する取り付け方の自由度が大きくなる利点もある。また、平面だけでなく、凹凸面、R面等のワーク形状にも追従可能であり、使用場所も広がってくる。使用の態様も、樹脂充填後の放熱シート200を使用することはもちろん、ワーク側に放熱部材100のみを密着した状態としたところに、樹脂材料300を充填して放熱シート200とするような使用態様も可能となる。
[放熱シートの他の構成]
放熱シート200の全容積に対する放熱部材100の占める体積分率に特に制限はないが、5%以上、80%以下であることが望ましい。5%未満では、熱伝導率を高めることができず放熱材として有用でない。また放熱に寄与しない領域が広くなり、放熱シート内での伝熱ムラが大きくなるため製品内で想定外の高温部ができる可能性がある。80%を超えると、高い熱伝導率の放熱シートとなるが、硬くなりすぎて製品との界面熱抵抗が大きくなり、所望の放熱性能が得られないことが起こりうる。
放熱部材100を構成する原シート50の厚みと放熱シート200の厚みの比は、1:3以上、1:10以下が好ましい。1:3未満であると、圧縮応力に対する放熱部材の厚み方向の柔軟性が低くなり、放熱シートとしての柔軟性が損なわれるため、製品との界面熱抵抗が大きくなり、所望の放熱性能が得られない恐れがある。1:10を超えると、放熱部材の体積分率を上げることができず、高熱伝導化できない。
図5に示すように、前記凸部55と凹部56の側面視形状がほぼ台形をなす場合において、斜面58と前記平面領域57とのなす角度である配向角度(図5での傾斜角度D、E)は、90度以上、150度以下が好ましい。なお、この傾斜角度は、放熱部材100をX軸方向に延伸することで任意に調整することもできる。それにより、放熱シート200の熱伝導率および柔軟性を、適宜調整することが可能となる。また、角度Dと角度Eは、同じであってもよく、異なっていてもよい。
放熱部材100がその山折り部である凸部55と谷折り部である凹部56の頂部を平坦面としている形状の場合に、図3、図4に示すように、前記凸部55の頂部平坦面のX軸方向の長さW1と、凹部56の頂部平坦面のX軸方向の長さW2と、前記平面領域57のX軸方向の長さbは、W1≧W2>bの関係にあることが好ましい。bの値がW1、W2の値よりも大きくなると、結果的にW1、W2の値が小さいものとなり、熱伝導率の低下を招く。また、特にY軸方向での柔軟性が低下する。さらに、前記平面領域57の幅bは、形状追従性の観点から、原シート50の厚みの10倍以下が好ましい。
[他の実施の形態−1]
図9は、放熱シートの他の実施の形態を示している。この放熱シート200aは、放熱シート100の表裏面に絶縁層101が設けられている点で、上記した絶縁シート200と相違する。他の構成は、放熱シート200と同じである。絶縁層101の素材には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、等の熱硬化型樹脂、あるいは、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイト樹脂、ポリイミド樹脂のような樹脂材料、あるいはアルミナ、シリカ、窒化ホウ素などのセラミックス材料、のような材料を用いることができる。絶縁層101を設けることで、高熱伝導率と絶縁性の双方を確保した放熱シート200aが得られる。
[他の実施の形態−2]
図10は、放熱シートのさらに他の実施の形態を示している。この放熱シート200bは原シート50として表裏面に絶縁皮膜102を有する材料を用いて放熱部材100を形成している。絶縁皮膜102の素材としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、等の熱硬化型樹脂、あるいは、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイト樹脂、ポリイミド樹脂のような樹脂材料、あるいはアルミナ、シリカ、窒化ホウ素などのセラミックス材料、のような材料を用いることができる。この絶縁シート200bでも、放熱部材100自体が絶縁性能を有することで、高熱伝導率と絶縁性の双方を確保することができる。
以下、実施例と比較例により、本発明による放熱シート200の優位性を説明する。
[実施例品]
薄板状の原シート50である200μm厚の純Cu箔に、切り込み加工およびプレス加工を施して、表1の実施例1、2、3に具体的寸法を示す、図3に示す形状の放熱部材100を製造した。作成した放熱部材100を、図6および図7に示したようにして、樹脂材料300としての液状シリコーン樹脂中に埋入させた後、恒温槽にて加熱硬化させて、放熱シート200とした。
表1に示すように、実施例1、2、3では放熱部材100の寸法や形状を異ならせることで、放熱シート200における放熱部材(Cu)の体積分率をそれぞれ異ならせた。なお、用いたシリコーン樹脂は、信越化学製KE−1870(付加反応型)であり、硬化条件は150℃×30分、粘度400mPa・s、硬化後硬さ15(デュロメータA)である。
[比較例品]
同じ素材を用い、先に図11に基づき説明した従来法により、放熱部材10を作製した。放熱部材10の作製時に、引き延ばし量を変え、表1に示す、放熱部材(Cu)の体積分率が異なる比較例放熱シート1〜3を作成した。なお、比較例1〜3の傾斜角度は、図12(b)に示す傾斜角度A°である。
[特性試験]
実施例品1〜3、比較例品1〜3について、定常法により、熱伝導率を測定した。その結果を表1に示した。
Figure 0006512229
[評価]
実施例品1、2、3と比較例品1、2、3では、仕上がり厚み(h、s)がいずれも1mmと等しく、さらに、放熱部材と樹脂との体積分率もほぼ等しいにもかかわらず、実施例品1、2、3は比較例品1、2、3とそれぞれ比較して、熱伝導率が大きく向上している。また、熱抵抗は、実施例品1、2、3は比較例品1、2、3とそれぞれ比較して、小さくなっている。
これは、本実施例で用いている放熱部材が、基本的に図3に示した形状であり、それにより、熱伝導パスPが、比較例品と比較して、実質上多くなった結果である。
50…薄板状の原シート、
51…切り込み、
52…非切り込み部
53…切り込み列、
54…切り込み列間における原シートの領域、
55…山折り部である凸部、
56…谷折り部である凹部、
57…非切り込み部の領域である平面領域、
61、62…プレス装置の作動子、
63…作動子の先端の平坦面、
100…原シートの面方向に折り曲げ加工を行った状態の放熱部材、
101…絶縁層、
102…絶縁皮膜、
200、200a、200b…放熱シート、
300…樹脂材料、
400…金型、
a…切込みの長さ、
b…非切り込み部の長さ、
h…放熱部材の厚み、
L(L1、L2、L3)…切り込み列と切り込み列との間の間隔、
P…熱伝導パス、
W1…凸部の平面部のX軸方向の長さ、
W2…凹部の平坦面のX軸方向の長さ。

Claims (6)

  1. 樹脂材料と前記樹脂材料より熱伝導率の高い材料でできた面方向への広がりと所要厚みを備えた放熱部材とを含む放熱シートであって、
    前記放熱部材は薄板材からなり、該薄板材には、所定長さの直線状の切り込みの適数個が所定長さの非切り込み部を介してX軸方向に直線状に配列している切り込み列の適数本がX軸に直交するY軸方向に間隔をおいて互いに平行に形成されており、隣接する前記切り込み列間における前記切り込みと切り込みの間に位置する薄板材部分は凸部と凹部とがX軸方向に交互に繰り返す状態に折り曲げられ、かつY軸方向で隣接する前記凸部と凹部は凸部と凹部とが対向して位置するように折り曲げられている形状であり、
    前記放熱部材は、その凸部と凹部の頂部を残して全体が前記樹脂材料中に埋入していることを特徴とする放熱シート。
  2. 請求項1に記載の放熱シートであって、前記凸部と凹部の頂部は平坦面とされていることを特徴とする放熱シート。
  3. 請求項1または2に記載の放熱シートであって、放熱シートの表裏面には絶縁層が形成されていることを特徴とする放熱シート。
  4. 請求項1または2に記載の放熱シートであって、前記放熱部材は表裏面に絶縁皮膜を有することを特徴とする放熱シート。
  5. 請求項1に記載の放熱シートであって、前記放熱部材は熱伝導率が10W/m・K以上の単一材料または複合材料からなることを特徴とする放熱シート。
  6. 請求項1に記載の放熱シートであって、前記樹脂材料は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイト樹脂およびポリイミド樹脂のいずれか1つまたは2つ以上の組み合わせからなることを特徴とする放熱シート。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2981586B2 (ja) * 1993-10-15 1999-11-22 ダイヤモンド電機株式会社 ヒートシンク
US6273183B1 (en) * 1997-08-29 2001-08-14 Long Manufacturing Ltd. Heat exchanger turbulizers with interrupted convolutions
JP2000058735A (ja) * 1998-08-07 2000-02-25 Hitachi Ltd リードフレーム、半導体装置及び半導体装置の製造方法
US20020015288A1 (en) * 2000-07-20 2002-02-07 Dibene Joseph T. High performance thermal/mechanical interface for fixed-gap references for high heat flux and power semiconductor applications
JP2001291810A (ja) 2000-02-04 2001-10-19 Tomoegawa Paper Co Ltd 放熱シートおよび電磁波シールド用シート
JP4231610B2 (ja) * 2000-02-09 2009-03-04 サンデン株式会社 熱交換器用フィンの製造方法
JP2002076218A (ja) * 2000-08-23 2002-03-15 Furukawa Electric Co Ltd:The 伝熱性シート
JP4062994B2 (ja) * 2001-08-28 2008-03-19 株式会社豊田自動織機 放熱用基板材、複合材及びその製造方法
US20120080418A1 (en) * 2008-05-15 2012-04-05 Atsunobu Sakamoto Impulse sealer including ceramic-covered heater
JP2011086753A (ja) 2009-10-15 2011-04-28 Sony Corp 熱輸送デバイス及び電子機器
JP5838065B2 (ja) * 2011-09-29 2015-12-24 新光電気工業株式会社 熱伝導部材及び熱伝導部材を用いた接合構造
WO2014053712A1 (fr) * 2012-10-04 2014-04-10 Olaer Industries Plaque a ailettes, armature comprenant au moins une telle plaque et echangeur thermique comprenant ladite armature.
JP2014074562A (ja) * 2012-10-05 2014-04-24 Calsonic Kansei Corp 熱交換器のオフセット・フィンおよびその成形方法
JPWO2015105161A1 (ja) * 2014-01-10 2017-03-23 日立化成株式会社 熱伝導部材及び電子部品

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