JP6589124B2 - 樹脂構造体とその構造体を用いた電子部品、電子機器 - Google Patents
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Description
また、この樹脂構造体を発熱体に設けることで、発熱体から発生した熱を効率良く、空気中に放射する。このことで、発熱体の熱エネルギーを減らし、発熱デバイスの温度上昇を抑制することが可能となる。
実施の形態において使用され得る樹脂層3については、外部からの機械的刺激(突く、削る、裂く等)が及ぶ場合がある。そのため、樹脂がゴムのような柔らかい場合は、薄い膜が壊れる等の問題が発生するため、強固な硬化物であることが望ましい。そのため、樹脂層3は剛性の高く、熱硬化性である樹脂、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコント樹脂などから選ばれる一種または複数が望ましい。特に、液状エポキシ樹脂とイミダゾール硬化系は、薄い膜状の硬化物でも、高い剛性を有しているため、より好ましい。ただし、樹脂層3は、熱硬化性樹脂に限定されない。
以下の実施例のところでさらに説明するが、樹脂層3の樹脂量は、樹脂層3の全体に対しての15〜35体積%の範囲とすることが好ましい。
その理由は以下である。この時、フィラー量は、85〜65体積%となる。
以下の実施例のところでさらに説明するが、フィラー4としては、遠赤外線放射率0.9以上で、粒径は40μm以上1000μm以下で、かつ、アスペクト比1.2以上12未満であり、錐体または多面体の形状を形成するものを用いることが好ましい。
フィラー4の粒径が、1000μmより大きい場合、整列し搭載する場合に、フィラー4の間に隙間ができてしまい、高充填化できない。
<フィラー4のアスペクト比>
例えば、アスペクト比が12以上で、樹脂層3中に存在する粒子の長さが同じ場合、樹脂層3から突出しているフィラー4の表面積は大きくなる。この場合、フィラー4同士の距離が小さいと、フィラー4の突出部間で温度差がないため、熱放射としての効果は相殺され、放熱性は低下する。
フィラー4を搭載する際、フィラー4のうち70%以上同じ方向を向いており、且つ、フィラー4の隣り合うフィラー4との距離(フィラーの中心間距離)がフィラー4の平均粒径未満となるように整列することが好ましい。この場合、フィラー4が密に配列され、かつ、フィラー4間の距離が確保できるので、放熱性が確保できる。
ここで、70%の根拠は、下記の表1のところでも説明する。
なお、樹脂層3を作製する際に、フィラー4として使用するフィラー4以外に熱伝導性の高いフィラーを樹脂層3に含有させることで樹脂層3の熱伝導率を上げ、熱伝導性および熱放射性の優れた放熱樹脂を構成することもできる。
表1に、以下の実施例および比較例で使用した樹脂構造体1の組成を示す。
放熱性評価素子7は樹脂構造体1と金属基板6とからなる。
放熱性を評価するために、上記放熱性評価素子7を用いて、図4に示す放熱性評価ジグ71を作製した。図4は、放熱性評価ジグ71の断面図である。放熱性評価ジグ71は、放熱性評価素子7と、熱電対埋め込み型発熱体9と、熱放射吸収部10とからなる。放熱性評価素子7は、上記方法により金属基板6に樹脂構造体1を塗布し作製したものである。
上記の表1の条件で、放熱性評価素子7、放熱性評価ジグ71を作製した。上記評価をした。
比較例1については、樹脂構造体1のない放熱性評価素子7を作製した。この場合、放熱性評価ジグ71は、図5のようになる。図5は、比較例1の時の放熱性評価ジグ71の断面図である。
(比較例2、3)
比較例2、3に係る放熱性評価素子7、放熱性評価ジグ71の作製は、実施例と同様、表1の条件下で、作製した。
比較例1を除く上記の実施例および比較例の工程で得られた放熱性評価素子7に簡易型放射率測定装置(TSS−5X、ジャパンセンサー)を用いて、各サンプルの遠赤外線放射率を測定する。ここでの遠赤外線放射率は、波長域2〜22μmでの分光遠赤外線放射率を平均化した値である。
上記の実施例および比較例の工程で得られた放熱性評価素子7を含む図4の放熱性評価ジグ71を25℃に保った恒温槽に設置し、無風状態で、ヒーターに電流を流す。
実施例1に示した樹脂構造体1で、昇温抑制の効果は、温度差(ΔT)11.9℃となる。
○△×の判断基準としては、放熱塗料の多くが昇温抑制率10%前後であるため、昇温抑制率が、10%より小さいものを×、10%以上15%未満を△、15%以上を○とした。
放熱性の合格基準として、遠赤外線放射率測定、昇温抑制温度変化測定のそれぞれで、両方○は、◎とした。×がどちらかにある場合、×とした。それ以外は○とした。
<フィラーの整列>
実施例および比較例に係る樹脂構造体1について、フィラー4が同方向に整列している割合(%)を表1に示す。ここで割合(%)とは放熱性評価素子7について断面観察を行った際、断面に存在するフィラー全てのうち金属基板6に対して垂直方向に整列しているフィラーの割合のことである。
表1からの結果からも明らかなように、実施例に係る樹脂構造体1は、比較例に係るそれらよりも遠赤外線放射率が高く、放熱性(昇温抑制率)に優れている。
実施例1〜2のフィラー濃度から、フィラー濃度は65体積%以上85体積%以下がよい。
実施例1〜3と比較例3を比較すると、実施例1〜3についてはフィラーが70%以上同方向を向いているのに対し、比較例2では70%未満であるため、樹脂構造体1の遠赤外線放射率は0.9未満になり熱放射の効率が不十分となった。結果、フィラー4は70%以上同方向を向いていることが好ましい。
実施例2と比較例2を比較すると、比較例2で使用したアルミナは球状のものでありアスペクト比が1.2より小さい。実施例2では、1.2である。この差異によって、比較例2では、樹脂層3形成時にフィラー4が沈降してしまい、熱放射に寄与するフィラー4の面積が小さくなった。このため、比較例2でが、遠赤外線放射率、放熱性ともに悪くなった。結果、フィラー4のアスペクト比は、1.2以上がよい。
また、フィラー4の突出部の高さについて、樹脂層3の膜厚20μmに対して、実施例2で使用するフィラー4の径は、50μmである。このため、フィラー4が金属基板6と接触し搭載されている場合は、フィラー4は樹脂層3よりも30μm突出している。結果、フィラー4の突出部の高さは樹脂膜厚に対して1.5倍となる。フィラー4が樹脂表面と接触し搭載されている場合は、フィラーは樹脂層3よりも50μm突出しているため、フィラー突起部の高さは樹脂膜厚に対して2.5倍となる。
以上、説明したように本実施の形態の樹脂構造体は、熱硬化性樹脂と、放射率0.9以上で粒径40μm以上1000μm以下でアスペクト比1.2以上12未満の錐体または多面体の形状を形成するフィラーを用いる。そして、フィラーの突出部の高さが、樹脂から成る樹脂部の厚みに比べて1.5倍以上5倍以下となるように、フィラーを樹脂部表面に整列させ、搭載した構造を有する樹脂構造体とする。
2 電子部品
3 樹脂層
4 フィラー
5 発熱デバイス
6 金属基板
7 放熱性評価素子
8 フィラー吸引用金属板
9 熱電対埋め込み型発熱体
10 熱放射吸収部
11 水冷ヒートシンク
12 発熱体
13 基板
14 タブレット筐体
15 放熱体
16 樹脂
17 フィラー
71 放熱性評価ジグ
Claims (9)
- 樹脂と、
錐体または多面体の形状のフィラーと、からなり、
前記フィラーの最大辺の長さは、前記樹脂の厚み以上である樹脂構造体であり、
前記フィラーの含有率が、前記樹脂の組成中65体積%以上85体積%以下である樹脂構造体。 - 発熱デバイスと、
前記発熱デバイスの表面に位置する樹脂構造体と、
を含み、
前記樹脂構造体は、樹脂と、錐体または多面体の形状のフィラーと、からなり、
前記フィラーの最大辺の長さは、前記樹脂の厚み以上である樹脂構造体であり、
前記フィラーの含有率が、前記樹脂の組成中65体積%以上85体積%以下である電子部品。 - 発熱デバイスと、
前記発熱デバイスの表面に位置する樹脂構造体と、
を含み、
前記樹脂構造体は、樹脂と、錐体または多面体の形状のフィラーと、からなり、
前記フィラーの最大辺の長さは、前記樹脂の厚み以上である樹脂構造体であり、
隣り合う前記フィラー間の距離は、前記フィラー粒径未満となるように整列した構造であり、
前記樹脂構造体の前記フィラーは、
遠赤外線放射率0.9以上、粒径40μm以上1000μm以下、アスペクト比1.2以上12未満である電子部品。 - 発熱デバイスと、
前記発熱デバイスの表面に位置する樹脂構造体と、
を含む電子部品であり、
前記樹脂構造体は、
樹脂と、
錐体または多面体の形状のフィラーと、からなり、
前記フィラーの最大辺の長さは、前記樹脂の厚み以上であり、
前記フィラーの一部は、前記樹脂の厚さの1.5倍以上、前記発熱デバイスの表面に対向する面から外部へ飛び出し、前記外部へ放熱し、
前記樹脂構造体は、熱を熱放射により前記外部へ放熱し、
前記樹脂構造体の前記フィラーは、遠赤外線放射率0.9以上、粒径40μm以上1000μm以下、アスペクト比1.2以上12未満である電子部品。 - 前記樹脂構造体の前記フィラーの一部は、前記樹脂の厚みの5倍未満まで外部へ飛び出している請求項2〜4のいずれか1項に記載の電子部品。
- 前記樹脂構造体の前記フィラーの中心軸の方向がそろっている請求項2〜5のいずれか1項に記載の電子部品。
- 前記樹脂構造体の前記フィラーの中心軸の方向は、前記フィラーの中心軸の平均方向に対して、±20度以内である請求項6項に記載の電子部品。
- 前記フィラーの中心軸の方向は、前記電子部品の表面に垂直方向に対して、20度以内である請求項2〜7のいずれか1項に記載の電子部品。
- 請求項2〜8のいずれか1項に記載の電子部品を有する電子機器。
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