JP6512229B2 - 放熱シート - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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