JP6634610B2 - 熱伝導シートおよびこれを用いた電子機器 - Google Patents

Description

本開示は、発熱部品から発生した熱を放熱する熱伝導シートおよびこれを用いた電子機器に関する。

各種電子機器の高性能化および高機能化に伴い発熱部品の発熱量は増加傾向にある。発熱部品から発生した熱は、発熱部品自体または発熱部品の他の電子部品に様々な影響を及ぼし、結果、電子機器の作動に支障をきたす可能性ある。

発熱部品から発生した熱を伝達させるための熱伝導シートは、例えば特許文献１および特許文献２に開示されている。

特許文献１には、グラファイトと保護層と剥離シートを有する放熱シートにおいて、保護層と剥離シートはそれぞれグラファイトの面方向にはみ出し部を有し、これらはみ出し部が互いに接合している放熱シートが開示されている。

特許文献２には、グラファイトの両主面および端面が熱伝導性接着剤で覆われた放熱シート開示されている。

特開２０１４―０６１６６２号公報 特開２０１０―０１０５９９号公報

熱伝導シートは、放熱性シートと、放熱性シートの上方に設けられている断熱層と、断熱層の上方に設けられている第１シートと、放熱性シートの下方に設けられている第２シートとを備える。第１シートは、上面視で放熱性シートからはみ出している第１はみ出し部を有する。第２シートは、上面視で放熱性シートからはみ出している第２はみ出し部を有する。第１断熱層の熱伝導率は、第１シートと第２シートと放熱性シートのいずれの熱伝導率よりも低い。

この熱伝導シートは、熱を効率的に放熱することができる。

図１Ａは、実施の形態における熱伝導シートを備えた電子機器の上面図である。 図１Ｂは、図１Ａに示す電子機器の線１Ｂ−１Ｂにおける断面図である。 図２は、図１Ｂに示す熱伝導シートの拡大断面図である。 図３Ａは、実施の形態における熱伝導シートの製造方法を示す断面図である。 図３Ｂは、実施の形態における熱伝導シートの製造方法を示す断面図である。 図３Ｃは、実施の形態における熱伝導シートを用いた電子機器の製造方法を示す断面図である。

以下で説明する実施の形態は、いずれも一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

図１Ａは、実施の形態における熱伝導シート５１を備えた電子機器８１の上面図である。図１Ｂは、図１Ａに示す電子機器８１の線１Ｂ−１Ｂにおける断面図である。

熱伝導シート５１は、放熱性シート３１と、放熱性シート３１の上面に設けられている断熱層４１と、断熱層４１の上面に設けられているシート２１と、放熱性シート３１の下面に設けられているシート１１を備える。すなわち、断熱層４１は放熱性シート３１の上方に設けられており、シート２１は断熱層４１の上方に設けられており、シート１１は放熱性シート３１の下方に設けられている。

シート１１は、上面視で放熱性シート３１の上面と下面に平行な面方向Ｄ３１にはみ出しているはみ出し部１２を有する。はみ出し部１２は、上面視で放熱性シート３１の外周３１Ｃに沿って放熱性シート３１を囲っている。シート２１は、上面視で放熱性シート３１の面方向Ｄ３１にはみ出しているはみ出し部２２を有する。はみ出し部２２は、上面視で放熱性シート３１の外周３１Ｃに沿って放熱性シート３１を囲っている。はみ出し部１２、２２は上面視で放熱性シート３１を完全に囲っていてもよい。断熱層４１の熱伝導率は、シート１１、２１および放熱性シート３１のいずれの熱伝導率よりも低い。はみ出し部１２とはみ出し部２２は上面視で互いに重なっている。

熱伝導シート５１は、放熱性シート３１の上面と下面に繋がっている端面３２に当接している断熱層４２をさらに備える。断熱層４２は、放熱性シート３１の端面３２とシート１１の上面と、シート２１の下面とに囲まれている。断熱層４２の熱伝導率は、放熱性シート３１およびシート１１、２１のいずれの熱伝導率よりも低い。

発熱部品６２、電子部品６３および温度依存性部品６４が実装されている実装基板６１がシート１１の下方に設けられる。発熱部品６２は、シート１１の下面に接合し、上面視で放熱性シート３１に重なる。電子部品６３は、シート１１の下面には接合していない。温度依存性部品６４は、シート１１の下面に接合し、上面視で放熱性シート３１には重ならない。シート２１の上面には液晶パネル７１が設けられる。

放熱性シート３１は、ポリイミド樹脂を熱分解して生成されるグラファイトシートである。放熱性シート３１の厚さは０．０５ｍｍであり、放熱性シート３１における面方向Ｄ３１の熱伝導率は約１３００Ｗ／ｍ・Ｋである。放熱性シート３１の面方向Ｄ３１と直角の方向の熱伝導率は、面方向Ｄ３１の熱伝導率の１／１００程度であり約１３Ｗ／ｍ・Ｋである。なお、放熱性シート３１はグラファイト粉末を加圧して成形される天然グラファイトシートであってもよい。

シート１１は、アクリル接着剤を用いた両面テープであり、厚さは０．０１ｍｍである。なお、シート１１は、シリコン接着剤を用いた両面テープでもよい。

シート２１は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）であり、厚さは０．０１ｍｍである。なお、シート２１は、ポリイミドを用いても良い。

断熱層４１および断熱層４２は、ともに空隙であり空気が充填されて形成されている。すなわち、シート２１の下面は放熱性シート３１の上面から間隙を空けて配置されており、放熱性シート３１の外側においてシート２１の下面はシート１１の上面から間隙（断熱層４２）を空けて配置されている。空気の熱伝導率は、グラファイトシートおよびＰＥＴの熱伝導率よりも低く、空気である断熱層４１および断熱層４２は高い断熱効果を有する。断熱層４１および断熱層４２は、シート１１、シート２１および放熱性シート３１のそれぞれの熱伝導率よりも低いものであればよく、上述にあげたシート１１、シート２１および放熱性シート３１の構成材料に対しては空気以外にウレタン材料より形成されていてもよい。

なお、空気が充填されている断熱層４１および断熱層４２はその一部分で互いに連通されていても良い。

図２は、図１Ｂに示す熱伝導シート５１における断熱層４１の近傍を示す拡大断面図である。

断熱層４１は、放熱性シート３１の凹凸３３とシート２１との間に形成され、空気が充填された空隙である。断熱層４１は、放熱性シート３１の面方向Ｄ３１に連なって層状に形成されている。断熱層４１は、凹凸３３を有する放熱性シート３１の上面にシート２１を配置されることで形成される。

発熱部品６２は作動時の発熱量が大きい、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。発熱部品６２は、シート１１を介して上面視で放熱性シート３１と重なる位置に設けられる。また、液晶パネル７１は一般的に耐熱性が低く、熱の影響により部分的に画像の色彩に色むらが生じてしまう可能性がある。発熱部品６２を上面視で放熱性シート３１と重なる位置に設けることで発熱部品６２から発生した熱を効率的に放熱性シート３１へ放熱させることができ、液晶パネル７１がうける熱の影響を低減することができる。

温度依存性部品６４は、温度変化により特性が変化しやすい部品である。温度依存性部品６４としては、例えばＴＣＸＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）があげられる。温度依存性部品６４は、熱の影響を考慮して発熱部品６２から離れた位置に配置することが好ましいが、放熱性シート３１から伝達される熱の影響をうける可能性がある。

熱伝導シート５１について以下に詳細に説明する。

特許文献１、２に開示されている放熱シートでは、この放熱性シートを介して伝達される熱により各種部品が加熱され電子機器の作動に支障をきたす可能性がある。

特許文献１に開示されている熱伝導シートは、放熱性を有するグラファイトシートの端面に、保護層と粘着層とが当接している。一方、実施の形態における熱伝導シート５１においては、断熱層４２が放熱性シート３１の端面３２に当接するとともに、上面視で放熱性シート３１の外周に沿って放熱性シート３１を囲っているため、放熱性シート３１の面方向Ｄ３１に放熱性シート３１を介して伝達される熱を遮断することができる。

以上の構成により、上面視で放熱性シート３１に重ならない位置に設けられる温度依存性部品６４は、放熱性シート３１から伝達される熱の影響を受けにくくなる。

特許文献２に開示されている熱伝導シートは、放熱性を有するグラファイトシートと保護シートとが接着剤で接合されている。一方で実施の形態における熱伝導シート５１では、放熱性シート３１とシート１１の間に断熱層４１が設けられているため、液晶パネル７１は熱の影響を受けにくい。

また、放熱性シート３１に用いられるグラファイトシートは導電性を有するため、その一部が脱離して落ちると電子機器内でショートをひき起こす可能性がある。実施の形態における熱伝導シート５１において、放熱性シート３１は、両面テープからなるはみ出し部１２とはみ出し部２２とが接着して密閉されているため放熱性シート３１は電子機器８１には落ちない。

また、はみ出し部１２とはみ出し部２２とを加熱溶融して互いに融着させることで放熱性シート３１を密閉させてもよい。

熱伝導シート５１の製造方法について説明する。

図３Ａおよび図３Ｂは、熱伝導シート５１における製造方法を示すフロー図である。

熱伝導シート５１の製造方法は、まず図３Ａに示すようにＰＥＴからなる剥離シート９１を準備し、剥離シート９１の上面に両面テープからなるシート１１を設ける。次いでシート１１の上面にグラファイトシートからなる放熱性シート３１を設ける。放熱性シート３１は、放熱性シート３１の面方向Ｄ３１にシート１１がはみ出し部１２を有するように設けられる。

なお、剥離シート９１は製造時のハンドリング性を向上させるために設けられる。

次に図３Ｂに示すように、放熱性シート３１の上方を覆い、かつ放熱性シート３１の面方向にはみ出し部２２を有するようにシート２１を設ける。放熱性シート３１は、両面テープからなるはみ出し部１２の上面にはみ出し部２２を接着させることで密閉される。このとき、両面テープからなるはみ出し部１２とはみ出し部２２とを接着する位置を調整することで空隙からなる断熱層４１の厚み、および放熱性シート３１の面方向Ｄ３１における断熱層４２の幅を調整することができる。

熱伝導シート５１は、以上の工程を経て作製される。

熱伝導シート５１を用いた電子機器８１の製造方法について説明する。図３Ｃは、熱伝導シート５１を用いた電子機器８１の断面図である。

図３Ｃに示すように、剥離シート９１を剥がして露出した両面テープであるシート１１の下面に、上面視で放熱性シートに重なるように発熱部品６２を設ける。さらに、シート１１の下面には温度依存性部品６４が、上面視で放熱性シートに重ならないように設けられる。シート２１の上面には液晶パネル７１が設けられる。熱伝導シート５１を用いた電子機器８１は以上の方法により作製される。

実施の形態において、「上面」「下面」「上方」「下方」「上面視」等の方向を示す用語は熱伝導シートの構成部材の相対的な位置関係でのみ決まる相対的な方向を示し、鉛直方向等の絶対的な方向を示すものではない。

本開示に係る熱伝導シートは、発熱部品で発生した熱を効率的に放熱することができ、産業上有用である。

１１ シート（第１シート）
１２ はみ出し部
２１ シート（第２シート）
２２ はみ出し部
３１ 放熱性シート
３２ 端面
３３ 凹凸
４１ 断熱層（第１断熱層）
４２ 断熱層（第２断熱層）
５１ 熱伝導シート
６１ 実装基板
６２ 発熱部品
６３ 電子部品
６４ 温度依存性部品
７１ 液晶パネル
８１ 電子機器
９１ 剥離シート

Claims (10)

1. 放熱性シートと、
   前記放熱性シートの上方に設けられている第１断熱層と、
   前記第１断熱層の上方に設けられている第１シートと、
   前記放熱性シートの下方に設けられている第２シートと、
   を備え、
   前記第１シートは、上面視で前記放熱性シートからはみ出している第１はみ出し部を有し、
   前記第２シートは、上面視で前記放熱性シートからはみ出している第２はみ出し部を有し、
   前記第１断熱層の熱伝導率は、前記第１シート、前記第２シートおよび前記放熱性シートのいずれの熱伝導率よりも低く、
   前記第１はみ出し部と前記第２はみ出し部は上面視で互いに重なっている、熱伝導シート。
2. 前記第１シートと前記第２シートとを接着する接着層をさらに備えた、請求項１に記載の熱伝導シート。
3. 前記第１シートと前記第２シートは互いに融着して接合されている、請求項１に記載の熱伝導シート。
4. 前記第１はみ出し部は、上面視で前記放熱性シートの外周に沿って前記放熱性シートを囲い、
   前記第２はみ出し部は、上面視で前記放熱性シートの前記外周に沿って前記放熱性シートを囲っている、請求項１に記載の熱伝導シート。
5. 前記放熱性シートの上面と下面とに繋がる端面に当接している第２断熱層をさらに備え、
   前記第２断熱層の熱伝導率は、前記放熱性シートの熱伝導率よりも低い、請求項１に記載の熱伝導シート。
6. 前記第２断熱層は、前記放熱性シートの前記端面と前記第１シートと前記第２シートとに囲まれており、
   前記第２断熱層の熱伝導率は、前記第１シートと前記第２シートのそれぞれの熱伝導率よりも低い、請求項５に記載の熱伝導シート。
7. 前記第２断熱層は、上面視で前記放熱性シートの外周に沿って前記放熱性シートを囲っている、請求項６に記載の熱伝導シート。
8. 前記第１断熱層および前記第２断熱層は空隙である、請求項７に記載の熱伝導シート。
9. 請求項１に記載の熱伝導シートと、
   前記熱伝導シートの前記第１シートの上方に設けられている液晶パネルと、
   前記熱伝導シートの前記第２シートの下方に設けられている発熱部品と、
   を備え、
   前記液晶パネルと前記発熱部品は、いずれも上面視で前記熱伝導シートの前記放熱性シートと重なっている、電子機器。
10. 請求項５に記載の熱伝導シートと、
    前記熱伝導シートの前記第２シートの下方に設けられている発熱部品と、
    前記熱伝導シートの前記第２シートの下方に設けられている温度依存性部品と、
    を備え、
    前記発熱部品は、上面視で前記熱伝導シートの前記放熱性シートと重なり、
    前記温度依存性部品は、上面視で前記放熱性シートとは重ならない、電子機器。

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