JP6766717B2 - Heat dissipation sheet - Google Patents
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Description
本発明は、放熱シートに関する。 The present invention relates to a heat radiating sheet.
一般に、ＣＰＵやパワートランジスタなどの電子部品（発熱体）においては、発生した熱を放散するためにヒートシンクなどの放熱部材（放熱体）が配設される。
従来、電子部品と放熱部材は、熱伝導性に優れた放熱シートを介在させて積層され、ネジ止め等によって積層方向に圧力を付与した状態で固定されている。放熱シートとしては、三次元網目構造の金属骨格およびこの金属骨格の間に形成された気孔を有する多孔質金属シートと、多孔質金属シートの気孔に充填されている弾性体とを含む放熱シートが使用されている。
Generally, in an electronic component (heating element) such as a CPU or a power transistor, a heat radiating member (heating element) such as a heat sink is arranged in order to dissipate the generated heat.
Conventionally, an electronic component and a heat radiating member are laminated with a heat radiating sheet having excellent thermal conductivity interposed therebetween, and are fixed in a state where pressure is applied in the laminating direction by screwing or the like. The heat radiating sheet includes a metal skeleton having a three-dimensional network structure, a porous metal sheet having pores formed between the metal skeletons, and an elastic body filled in the pores of the porous metal sheet. It is used.
特許文献１には、多孔質金属シートとして、気孔率（多孔率）が９０．０％〜９８．０％の範囲内で、細孔サイズが９０ＰＰＩ〜１２０ＰＰＩである発泡銅シートを用いることが開示されている。また、この特許文献１には、多孔質金属シート（発泡銅シート）の表面を、弾性体である可撓性有機化合物で被覆することが記載されている。 Patent Document 1 discloses that as the porous metal sheet, a foamed copper sheet having a porosity (porosity) in the range of 90.0% to 98.0% and a pore size of 90 PPI to 120 PPI is used. Has been done. Further, Patent Document 1 describes that the surface of a porous metal sheet (copper foam sheet) is coated with a flexible organic compound which is an elastic body.
特許文献２には、多孔質金属シート（可塑性多孔質金属層）として、気孔率１０〜６０％のＣｕ，Ａｌ又はＡｇの多孔質焼結体を用いることが開示されている。 Patent Document 2 discloses that a porous sintered body of Cu, Al or Ag having a porosity of 10 to 60% is used as the porous metal sheet (plastic porous metal layer).
特許文献３には、多孔質金属シートとして、柱状金属が網目状に広がった多孔性金属組織を用いた放熱シートが開示されている。この特許文献３に開示されている放熱シートでは、多孔性金属組織は、気孔率が８０％以上とされている。 Patent Document 3 discloses, as a porous metal sheet, a heat radiating sheet using a porous metal structure in which columnar metals are spread in a mesh pattern. In the heat radiating sheet disclosed in Patent Document 3, the porosity of the porous metal structure is 80% or more.
放熱シートは、発熱体にて発生した熱を放熱部材に効率よく伝達できるように発熱体や放熱部材に対して密着し易いこと、つまり界面熱抵抗が低いことと、熱伝導性が高いことが必要となる。
しかしながら、これまで放熱シートの密着性を高くするために、多孔質金属シートの骨格内部に孔（骨格孔）を導入することは検討がなされていなかった。特許文献１、３には、多孔質金属シートの骨格内部に孔を導入することに関する記載はない。そのため密着性と熱伝導度を両立できていない場合があった。また、特許文献２に開示されている多孔質焼結体を用いた放熱シートは、気孔率が４０〜６０％の範囲と低く、金属の含有量が相対的に多いため、硬度が高く、変形しにくい。このため、発熱体や放熱部材に対する密着性が十分ではない場合があった。
The heat radiating sheet is easy to adhere to the heating element and the heat radiating member so that the heat generated by the heating element can be efficiently transferred to the heating element, that is, it has low interfacial thermal resistance and high thermal conductivity. You will need it.
However, until now, the introduction of holes (skeleton holes) inside the skeleton of the porous metal sheet has not been studied in order to improve the adhesion of the heat radiating sheet. Patent Documents 1 and 3 do not describe the introduction of holes into the skeleton of the porous metal sheet. Therefore, there are cases where both adhesion and thermal conductivity cannot be achieved at the same time. Further, the heat radiating sheet using the porous sintered body disclosed in Patent Document 2 has a low porosity in the range of 40 to 60% and a relatively high metal content, so that it has high hardness and is deformed. It's hard to do. Therefore, the adhesion to the heating element and the heat radiating member may not be sufficient.
本発明は、以上の課題を鑑みてなされたもので、発熱体や放熱部材に対する密着性が高く、熱伝導性が高い、放熱特性に優れた放熱シートを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a heat radiating sheet having high adhesion to a heating element and a heat radiating member, high thermal conductivity, and excellent heat radiating characteristics.
上記の課題を解決するために、本発明の放熱シートは、三次元網目構造の金属骨格およびこの金属骨格の間に形成された気孔を有する多孔質金属シートと、前記気孔に充填されている弾性体とを含む放熱シートであって、厚みが１５０μｍ以上３５０μｍ以下の範囲にあり、前記多孔質金属シートは、気孔率が７０％以上９９％以下の範囲とされ、前記気孔は、平均孔径が５０μｍ以上１００μｍ以下の範囲にあり、さらに前記金属骨格は、長径が５μｍ以上４０μｍ以下の範囲にある骨格孔を有し、前記金属骨格の断面観察によって測定される長さ１００μｍあたりの前記骨格孔の平均個数が１個以上５個以下の範囲にあることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the heat radiating sheet of the present invention comprises a metal skeleton having a three-dimensional network structure, a porous metal sheet having pores formed between the metal skeletons, and elasticity filled in the pores. A heat-dissipating sheet including a body having a thickness in the range of 150 μm or more and 350 μm or less, the porous metal sheet having a porosity in the range of 70% or more and 99% or less, and the pores having an average pore diameter of 50 μm. The metal skeleton has skeletal pores in the range of 100 μm or less, and the major axis is in the range of 5 μm or more and 40 μm or less, and the average of the skeletal pores per 100 μm in length measured by cross-sectional observation of the metal skeleton. It is characterized in that the number is in the range of 1 or more and 5 or less.
この構成の放熱シートによれば、多孔質金属シートは、金属骨格に長径が５μｍ以上４０μｍ以下の範囲にある骨格孔を有し、金属骨格の断面観察によって測定される長さ１００μｍあたりのその骨格孔の平均個数が１個以上５個以下の範囲にあるので、シートが柔らかく、密着性が高いうえ、熱伝導度も確保できる。 According to the heat radiating sheet having this configuration, the porous metal sheet has a skeleton hole in the metal skeleton having a major axis in the range of 5 μm or more and 40 μm or less, and the skeleton per 100 μm in length measured by cross-sectional observation of the metal skeleton. Since the average number of holes is in the range of 1 or more and 5 or less, the sheet is soft, has high adhesion, and can secure thermal conductivity.
また、上記の放熱シートは、厚みが１５０μｍ以上３５０μｍ以下の範囲にあり、多孔質金属シートは、気孔率が７０％以上９９％以下の範囲とされ、この気孔は、平均孔径が５０μｍ以上１００μｍ以下の範囲にあるので、シートの熱伝導度と柔軟性が両立しやすく、さらに表面粗さも大きくなりにくい。従って、優れた放熱特性を発揮する。 The heat dissipation sheet has a thickness in the range of 150 μm or more and 350 μm or less, and the porous metal sheet has a porosity in the range of 70% or more and 99% or less, and the pores have an average pore diameter of 50 μm or more and 100 μm or less. Since it is in the range of, it is easy to achieve both thermal conductivity and flexibility of the sheet, and the surface roughness is unlikely to increase. Therefore, it exhibits excellent heat dissipation characteristics.
ここで、本発明の放熱シートにおいては、前記弾性体は、シリコーンゴム、シリコーンゲル、フッ素ゴムもしくはそれらの混合物であることが好ましい。
この場合、シリコーンゴム、シリコーンゲル、フッ素ゴムおよびそれらの混合物は耐熱性が高いので、放熱シートの高い密着性と優れた放熱特性とをさらに長期間にわたって維持することができる。
Here, in the heat radiating sheet of the present invention, the elastic body is preferably silicone rubber, silicone gel, fluororubber, or a mixture thereof.
In this case, since the silicone rubber, the silicone gel, the fluororubber and a mixture thereof have high heat resistance, the high adhesion of the heat radiating sheet and the excellent heat radiating characteristics can be maintained for a longer period of time.
本発明によれば、密着性が高く、熱伝導性が高い、優れた放熱特性を有する放熱シートを提供することが可能性となる。 According to the present invention, it is possible to provide a heat radiating sheet having high adhesion, high thermal conductivity, and excellent heat radiating characteristics.
以下に、本発明の実施形態について、添付した図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings used in the following description, in order to make the features easier to understand, the featured parts may be enlarged for convenience, and the dimensional ratios of each component may not be the same as the actual ones. Absent.
図１は、本発明の実施形態に係る放熱シートの断面図である。図１において、放熱シート１０は、三次元網目構造の金属骨格１１および金属骨格１１の間に形成された気孔１３を有する多孔質金属シート１４と、気孔１３に充填されている弾性体１５とを含む。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a heat radiating sheet according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the heat radiating sheet 10 comprises a porous metal sheet 14 having pores 13 formed between a metal skeleton 11 having a three-dimensional network structure and the metal skeleton 11, and an elastic body 15 filled in the pores 13. Including.
放熱シート１０は、厚みが１５０μｍ以上３５０μｍ以下の範囲とされている。
放熱シート１０の厚みが薄くなりすぎると、弾性体１５の変形が可能な範囲が少なくなり、密着性が低下し、界面抵抗が高くなる。また、放熱シート１０が脆くなり、回路基板と放熱材との間に配置する際のハンドリングが難しくなるおそれがある。一方、多孔質金属シート１４の厚みが厚くなりすぎると、バルク熱抵抗が高くなり、放熱シート１０内の熱抵抗が高くなるおそれがある。
The heat radiating sheet 10 has a thickness in the range of 150 μm or more and 350 μm or less.
If the thickness of the heat radiating sheet 10 becomes too thin, the range in which the elastic body 15 can be deformed decreases, the adhesion decreases, and the interfacial resistance increases. In addition, the heat radiating sheet 10 becomes brittle, which may make handling difficult when arranging the heat radiating sheet 10 between the circuit board and the heat radiating material. On the other hand, if the thickness of the porous metal sheet 14 becomes too thick, the bulk thermal resistance may increase, and the thermal resistance in the heat radiating sheet 10 may increase.
多孔質金属シート１４は、気孔率が７０％以上９９％以下の範囲とされている。
多孔質金属シート１４の気孔率が低くなりすぎる（即ち、金属骨格１１の含有量が多くなりすぎる）と、多孔質金属シート１４が硬くなって、放熱シート１０の密着性が低下するおそれがある。一方、多孔質金属シート１４の気孔率が高くなりすぎる（即ち、金属骨格１１の含有量が少なくなりすぎる）と、多孔質金属シート１４の熱伝導度が低下して、放熱シート１０内の熱抵抗が高くなるおそれがある。
The porous metal sheet 14 has a porosity in the range of 70% or more and 99% or less.
If the porosity of the porous metal sheet 14 becomes too low (that is, the content of the metal skeleton 11 becomes too large), the porous metal sheet 14 may become hard and the adhesion of the heat radiating sheet 10 may decrease. .. On the other hand, if the porosity of the porous metal sheet 14 becomes too high (that is, the content of the metal skeleton 11 becomes too low), the thermal conductivity of the porous metal sheet 14 decreases, and the heat in the heat radiating sheet 10 decreases. There is a risk of high resistance.
多孔質金属シート１４内の気孔１３は、平均孔径が５０μｍ以上１００μｍ以下の範囲とされている。
気孔１３の平均孔径が小さくなりすぎると、熱伝導度は高くなるが、シート硬さも大きくなるため、界面熱抵抗が大きくなり、結果として熱抵抗が大きくなるおそれがある。一方、気孔１３の平均孔径が大きくなりすぎると、放熱シート１０の表面粗さＲａが大きくなって密着性が低下したり、放熱シート１０内の熱抵抗などの特性のばらつきが大きくなるおそれがある。
The pores 13 in the porous metal sheet 14 have an average pore diameter in the range of 50 μm or more and 100 μm or less.
If the average pore diameter of the pores 13 is too small, the thermal conductivity is high, but the sheet hardness is also high, so that the interfacial thermal resistance is high, and as a result, the thermal resistance may be high. On the other hand, if the average pore diameter of the pores 13 becomes too large, the surface roughness Ra of the heat radiating sheet 10 may become large and the adhesion may be lowered, or the variation in characteristics such as thermal resistance in the heat radiating sheet 10 may be large. ..
本実施形態の放熱シート１０では、多孔質金属シート１４の金属骨格１１に長径が５μｍ以上４０μｍ以下の範囲にある骨格孔１２が形成されている。金属骨格１１に骨格孔１２が形成されていることによって、金属骨格１１は柔らかくなり、多孔質金属シート１４は変形しやすくなる。このため、本実施形態の放熱シート１０では、外力を付与した場合には、変形しやすくなる。骨格孔１２の長径が５μｍ未満であると、金属骨格１１が十分に柔らかくならないおそれがある。一方、骨格孔１２の長径が４０μｍを超えると、金属骨格１１が柔らかくなりすぎて、多孔質金属シート１４の耐久性がなくなってしまうおそれがある。 In the heat radiating sheet 10 of the present embodiment, a skeleton hole 12 having a major axis in the range of 5 μm or more and 40 μm or less is formed in the metal skeleton 11 of the porous metal sheet 14. Since the skeleton holes 12 are formed in the metal skeleton 11, the metal skeleton 11 becomes soft and the porous metal sheet 14 is easily deformed. Therefore, the heat radiating sheet 10 of the present embodiment is easily deformed when an external force is applied. If the major axis of the skeleton hole 12 is less than 5 μm, the metal skeleton 11 may not be sufficiently soft. On the other hand, if the major axis of the skeleton hole 12 exceeds 40 μm, the metal skeleton 11 may become too soft and the durability of the porous metal sheet 14 may be lost.
金属骨格１１に形成されている骨格孔１２の個数は、金属骨格１１の断面観察によって測定される長さ１００μｍあたりの骨格孔１２の平均個数として１個以上５個以下の範囲とされている。骨格孔１２の個数が少なくなりすぎると、多孔質金属シート１４が硬く、変形しにくくなり、放熱シート１０の密着性が低下するおそれがある。一方、骨格孔１２の個数が多くなりすぎると、多孔質金属シート１４の熱伝導度が低下して、放熱シート１０内の熱抵抗が高くなるおそれがある。 The number of skeleton holes 12 formed in the metal skeleton 11 is in the range of 1 or more and 5 or less as the average number of skeleton holes 12 per 100 μm in length measured by observing the cross section of the metal skeleton 11. If the number of skeleton holes 12 is too small, the porous metal sheet 14 is hard and difficult to be deformed, and the adhesion of the heat radiating sheet 10 may be lowered. On the other hand, if the number of skeleton holes 12 is too large, the thermal conductivity of the porous metal sheet 14 may decrease, and the thermal resistance in the heat radiating sheet 10 may increase.
ここで、長さ１００μｍあたりの骨格孔１２の個数は、例えば、金属骨格１１の断面写真に、長さ１００μｍの直線を描き、その長さ１００μｍの直線に接する骨格孔１２の個数を計数することによって得ることができる。 Here, for the number of skeleton holes 12 per 100 μm in length, for example, a straight line having a length of 100 μm is drawn on a cross-sectional photograph of the metal skeleton 11, and the number of skeleton holes 12 in contact with the straight line having a length of 100 μm is counted. Can be obtained by.
弾性体１５は、耐熱性が高いこと、２００℃の温度でも変質しにくいものであることが好ましい。弾性体１５は、シリコーンゴム、シリコーンゲル、フッ素ゴムおよびそれらの混合物であることが好ましい。これのゴムおよびゲルは耐熱性が高いので、放熱シートの優れた熱伝導性と密着性とを、さらに長期間にわたって維持することができる。 It is preferable that the elastic body 15 has high heat resistance and is not easily deteriorated even at a temperature of 200 ° C. The elastic body 15 is preferably a silicone rubber, a silicone gel, a fluororubber, or a mixture thereof. Since the rubber and gel thereof have high heat resistance, the excellent thermal conductivity and adhesion of the heat radiating sheet can be maintained for a longer period of time.
本実施形態の放熱シート１０は、例えば、多孔質金属シート１４に弾性体１５を充填することによって製造することができる。弾性体１５がシリコーンゴムあるいはフッ素ゴムである場合は、未架橋の液状ゴムを、多孔質金属シート１４の気孔１３に充填した後、未架橋の液状ゴムを架橋させることによって製造することができる。弾性体１５がシリコーンゲルである場合は、流動性のシリコーンゲルを、多孔質金属シート１４の気孔１３に充填した後、シリコーンゲルを硬化させることによって製造することができる。 The heat radiating sheet 10 of the present embodiment can be manufactured, for example, by filling the porous metal sheet 14 with the elastic body 15. When the elastic body 15 is a silicone rubber or a fluororubber, it can be produced by filling the pores 13 of the porous metal sheet 14 with the uncrosslinked liquid rubber and then crosslinking the uncrosslinked liquid rubber. When the elastic body 15 is a silicone gel, it can be produced by filling the pores 13 of the porous metal sheet 14 with a fluid silicone gel and then curing the silicone gel.
多孔質金属シート１４としては、アルミニウムを主成分とする発泡アルミニウムシートを用いることができる。発泡アルミニウムシートは、例えば、アルミニウム粉末と焼結助剤粉末とを混合してアルミニウム混合原料粉末を調製するアルミニウム混合原料粉末調製工程、アルミニウム混合原料粉末とバインダー溶液とを混合して粘性組成物を調製する粘性組成物調製工程、粘性組成物に炭素数５〜８の炭化水素系有機溶剤を加えて発泡させて気泡含有粘性組成物を得る気泡含有粘性組成物生成工程、気泡含有粘性組成物を所望の形状に成形した後、乾燥させて焼結前成形体を得る焼結前工程、そして焼結前成形体を非酸化性雰囲気にて加熱焼成して、アルミニウム粉末を焼結させる焼結工程を含む方法によって作製することができる。 As the porous metal sheet 14, a foamed aluminum sheet containing aluminum as a main component can be used. The foamed aluminum sheet is, for example, a step of preparing an aluminum mixed raw material powder by mixing an aluminum powder and a sintering aid powder to prepare an aluminum mixed raw material powder, and a viscous composition by mixing an aluminum mixed raw material powder and a binder solution. Viscous composition preparation step to prepare, bubble-containing viscous composition forming step of adding a hydrocarbon-based organic solvent having 5 to 8 carbon atoms to the viscous composition and foaming to obtain a bubble-containing viscous composition, a bubble-containing viscous composition A pre-sintering step of forming a desired shape and then drying to obtain a pre-sintered molded body, and a sintering step of heating and firing the pre-sintered molded body in a non-oxidizing atmosphere to sinter the aluminum powder. It can be produced by a method including.
アルミニウム混合原料粉末調製工程において、アルミニウム粉末としては、平均粒子径が２μｍ以上２００μｍ以下の範囲内、好ましくは２μｍ以上４０μｍ以下の範囲内、特に好ましくは２μｍ以上５μｍ以下の範囲内のものを用いることができる。焼結助剤粉末としては、チタンおよび／または水素化チタンの粉末を用いることができる。焼結助剤粉末は、平均粒子径が１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内、好ましくは４μｍ以上２０μｍ以下の範囲内のものを用いることができる。アルミニウム粉末の平均粒子径は、焼結助剤粉末の平均粒子径よりも小さいこと、特に１／２以下であることが好ましい。この場合、焼結助剤粉末の表面に微細なアルミニウム粉末が付着したアルミニウム混合原料粉末が調製されるので、緻密なアルミニウム骨格の発泡アルミニウムシートを得ることができる。 In the aluminum mixed raw material powder preparation step, the aluminum powder having an average particle size in the range of 2 μm or more and 200 μm or less, preferably in the range of 2 μm or more and 40 μm or less, particularly preferably in the range of 2 μm or more and 5 μm or less is used. Can be done. As the sintering aid powder, titanium and / or titanium hydride powder can be used. As the sintering aid powder, one having an average particle diameter in the range of 1 μm or more and 30 μm or less, preferably 4 μm or more and 20 μm or less can be used. The average particle size of the aluminum powder is smaller than the average particle size of the sintering aid powder, and is particularly preferably 1/2 or less. In this case, since the aluminum mixed raw material powder in which fine aluminum powder is attached to the surface of the sintering aid powder is prepared, a foamed aluminum sheet having a dense aluminum skeleton can be obtained.
粘性組成物調製工程において、バインダー溶液は、水溶性バインダー樹脂と可塑剤とが水に溶解した水溶液であることが好ましい。水溶性バインダー樹脂としては、ポリビニルアルコール、メチルセルロースおよびエチルセルロースの少なくともいずれか一種以上を用いることができる。可塑剤としては、グリセリン、ポリエチレングリコールおよびフタル酸ジ−ｎ−ブチルの少なくともいずれか一種以上を用いることができる。 In the viscous composition preparation step, the binder solution is preferably an aqueous solution in which a water-soluble binder resin and a plasticizer are dissolved in water. As the water-soluble binder resin, at least one or more of polyvinyl alcohol, methyl cellulose and ethyl cellulose can be used. As the plasticizer, at least one or more of glycerin, polyethylene glycol and di-n-butyl phthalate can be used.
気泡含有粘性組成物生成工程において、炭化水素系有機溶剤としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンおよびオクタンの少なくともいずれか一種以上を用いることができる。 In the process of producing the bubble-containing viscous composition, at least one of pentane, hexane, heptane and octane can be used as the hydrocarbon-based organic solvent.
焼結前工程において、気泡含有粘性組成物を所望の形状に成形する方法としては、例えば、帯状のポリエチレンシートの剥離剤塗布面に、気泡含有粘性組成物をドクターブレード法、スラリー押出し法またはスクリーン印刷法等で塗布して塗布膜を形成する方法を用いることができる。気泡含有粘性組成物の単位面積当たりの塗布量は、０．００２ｇ／ｃｍ２以上０．０４０ｇ／ｃｍ２以下の範囲内にあることが好ましい。また、気泡含有粘性組成物の塗布膜の厚さは１００μｍ以上１ｍｍ以下の範囲にあることが好ましい。 In the pre-sintering step, as a method of forming the bubble-containing viscous composition into a desired shape, for example, a doctor blade method, a slurry extrusion method or a screen is used to apply the bubble-containing viscous composition to the release agent-coated surface of the strip-shaped polyethylene sheet. A method of forming a coating film by coating by a printing method or the like can be used. The coating amount per unit area of the bubble-containing viscous composition is preferably in the 0.002 g / cm 2 or more 0.040 g / cm 2 within the following ranges. Further, the thickness of the coating film of the bubble-containing viscous composition is preferably in the range of 100 μm or more and 1 mm or less.
気泡含有粘性組成物の塗布膜は、温度および湿度を調整した環境中で保持して、気泡を整寸化した後、乾燥させることが好ましい。気泡の整寸化を、例えば、温度３５℃、湿度９５％ＲＨに調整された環境中で保持することによって行う場合は、保持時間を５分以上１５分以下の範囲内とすることが好ましい。保持時間が短くなりすぎると、気泡含有粘性組成物塗布膜内の気泡のサイズが小さくなり、最終的に得られる発泡アルミニウムシートの気孔のサイズが小さくなりすぎるおそれがある。一方、保持時間が長くなりすぎると、気泡含有粘性組成物塗布膜内の気泡のサイズが大きくなり、最終的に得られる発泡アルミニウムシートの気孔のサイズが大きくなりすぎるおそれがある。 It is preferable that the coating film of the bubble-containing viscous composition is held in an environment in which the temperature and humidity are adjusted, the bubbles are sized, and then dried. When the size of the bubbles is adjusted by, for example, holding in an environment adjusted to a temperature of 35 ° C. and a humidity of 95% RH, the holding time is preferably in the range of 5 minutes or more and 15 minutes or less. If the holding time is too short, the size of the bubbles in the bubble-containing viscous composition coating film becomes small, and the size of the pores of the finally obtained foamed aluminum sheet may become too small. On the other hand, if the holding time is too long, the size of the bubbles in the bubble-containing viscous composition coating film becomes large, and the size of the pores of the finally obtained foamed aluminum sheet may become too large.
気泡含有粘性組成物の塗布膜は、大気乾燥機にて温度７０℃で乾燥させることが好ましい。
乾燥後の気泡含有粘性組成物の塗布膜を、ポリエチレンシートから剥がし、所望の形状に切り出し、焼結前成形体が得られる。
The coating film of the bubble-containing viscous composition is preferably dried at a temperature of 70 ° C. in an air dryer.
The coating film of the bubble-containing viscous composition after drying is peeled off from the polyethylene sheet and cut into a desired shape to obtain a pre-sintered molded product.
焼結工程では、上記焼結前成形体を、ジルコニア等の敷粉を敷いたアルミナセッターなどの耐熱容器の上に載置して、非酸化性雰囲気中にて焼成する。非酸化性雰囲気とは、不活性雰囲気または還元性雰囲気を含み、アルミニウム混合原料粉末を酸化させない雰囲気であることを意味する。非酸化性雰囲気は、例えば、露点が−２０℃以下のアルゴン雰囲気中とすることができる。 In the sintering step, the pre-sintered molded product is placed on a heat-resistant container such as an alumina setter covered with a powder such as zirconia and fired in a non-oxidizing atmosphere. The non-oxidizing atmosphere means an atmosphere containing an inert atmosphere or a reducing atmosphere and not oxidizing the aluminum mixed raw material powder. The non-oxidizing atmosphere can be, for example, an argon atmosphere having a dew point of −20 ° C. or lower.
焼結工程では、先ず、上記焼結前成形体を、仮焼成して、焼結前成形体のバインダー溶液成分を揮発および／または分解させるともに、焼結助剤粉末として水素化チタンを用いた場合には脱水素化させることが好ましい。仮焼成は５２０℃の温度で行うことが好ましい。 In the sintering step, first, the pre-sintered molded product was tentatively fired to volatilize and / or decompose the binder solution component of the pre-sintered molded product, and titanium hydride was used as the sintering aid powder. In some cases, it is preferable to dehydrogenate. The calcination is preferably performed at a temperature of 520 ° C.
次に、仮焼成した焼結前成形体を、本焼成して、アルミニウム粉末を焼結させることによって、発泡アルミニウムシートを得る。本焼成の焼成温度（Ｔ）は、アルミニウム混合原料粉末が融解を開始する温度をＴｍ（℃）として、Ｔｍ−１０（℃）≦焼成温度（Ｔ）≦６８５（℃）を満足する温度とすることが好ましい。例えば、温度６６０℃で行う場合は、焼成時間を９分以上２５分以下の範囲内とすることが好ましい。焼成時間が長すぎると、アルミ骨格内の孔が少なくなり、多孔質金属シート１４が硬く、変形しにくくなり、放熱シート１０の密着性が低下するおそれがある。一方、焼成時間が短すぎると、骨格孔１２の個数が多くなりすぎ、多孔質金属シート１４の熱伝導度が低下して、放熱シート１０内の熱抵抗が高くなるおそれがある。 Next, the pre-sintered molded body that has been tentatively fired is main fired to sinter the aluminum powder to obtain a foamed aluminum sheet. The firing temperature (T) of the main firing is such that the temperature at which the aluminum mixed raw material powder starts melting is Tm (° C.), and Tm-10 (° C.) ≤ firing temperature (T) ≤685 (° C.) is satisfied. Is preferable. For example, when the temperature is 660 ° C., the firing time is preferably in the range of 9 minutes or more and 25 minutes or less. If the firing time is too long, the number of holes in the aluminum skeleton is reduced, the porous metal sheet 14 is hard and difficult to be deformed, and the adhesion of the heat radiating sheet 10 may be lowered. On the other hand, if the firing time is too short, the number of skeleton holes 12 becomes too large, the thermal conductivity of the porous metal sheet 14 decreases, and the thermal resistance in the heat radiating sheet 10 may increase.
以上のような構成とされた本実施形態に係る放熱シート１０によれば、多孔質金属シート１４は、金属骨格１１に所定の骨格孔１２が形成されていて、柔らかく、変形しやすいので、外力を付与した場合には変形し易い。一方、多孔質金属シート１４の気孔１３には弾性体１５が充填されているので、外力を除いた場合には、この弾性体１５の変形によって元の形状に戻り易くなる。また、放熱シート１０は、厚みが１５０μｍ以上３５０μｍ以下の範囲にあり、多孔質金属シート１４は、気孔率が７０％以上９９％以下の範囲とされ、この気孔１３は、平均孔径が５０μｍ以上１００μｍ以下の範囲にあるので、多孔質金属シート１４の密着性と熱伝導度、バルク熱抵抗をバランスよく発現させることができる。
従って、本実施形態に係る放熱シート１０は、密着性が高く、熱伝導性が高いので、優れた放熱特性を発揮する。
According to the heat radiating sheet 10 according to the present embodiment having the above-described configuration, the porous metal sheet 14 has a predetermined skeleton hole 12 formed in the metal skeleton 11, and is soft and easily deformed. Is easily deformed when is given. On the other hand, since the pores 13 of the porous metal sheet 14 are filled with the elastic body 15, when the external force is removed, the elastic body 15 is easily deformed to return to the original shape. Further, the heat radiation sheet 10 has a thickness in the range of 150 μm or more and 350 μm or less, the porous metal sheet 14 has a porosity in the range of 70% or more and 99% or less, and the pores 13 have an average pore diameter of 50 μm or more and 100 μm or more. Since it is in the following range, the adhesion, thermal conductivity, and bulk thermal resistance of the porous metal sheet 14 can be exhibited in a well-balanced manner.
Therefore, the heat radiating sheet 10 according to the present embodiment has high adhesion and high thermal conductivity, and thus exhibits excellent heat radiating characteristics.
以上、この発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。本実施形態では、多孔質金属シート１４として、アルミニウムを８０質量％以上含むものを用いた例を説明したが、これに限定されることなく、銅、銀などの熱伝導性が高い金属を用いることができる。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like within a range that does not deviate from the gist of the present invention. In the present embodiment, an example in which a porous metal sheet 14 containing 80% by mass or more of aluminum is used has been described, but the present invention is not limited to this, and a metal having high thermal conductivity such as copper and silver is used. be able to.
本実施形態では、弾性体１５がシリコーンゴム、シリコーンゲル、フッ素ゴムもしくはそれらの混合物である例を説明したが、これに限定されることなく、天然ゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム、ブタジエンゴムなどのゴム材料を用いることができる。 In the present embodiment, an example in which the elastic body 15 is a silicone rubber, a silicone gel, a fluororubber, or a mixture thereof has been described, but the present invention is not limited to this, and natural rubber, acrylic rubber, nitrile rubber, butadiene rubber, and the like can be used. A rubber material can be used.
＜多孔質アルニウムシートＮｏ．１〜Ｎｏ．２０の作製＞
先ず、平均粒子径４μｍのアルミニウム粉末（不純物として、Ｆｅ：０．１５質量％、Ｓｉ：０．０５質量％およびＮｉ：０．０１質量％を含む）と、平均粒子径９．１μｍの水素化チタン粉末を用意した。このアルミニウム粉末と水素化チタン粉末を質量比で９９：１となる割合で、合計で５００ｇとなるように混合してアルミニウム混合原料粉末を調製した。
また、メチルセルロースを０．１質量部、エチルセルロースを２．９質量部、グリセリンを３質量部、ポリエチレングリコールを３質量部、そして水を９１質量部の割合で、合計５００ｇとなるように混合してバインダー溶液を調製した。
<Porous Arnium Sheet No. 1-No. Production of 20>
First, an aluminum powder having an average particle diameter of 4 μm (including Fe: 0.15 mass%, Si: 0.05 mass% and Ni: 0.01 mass% as impurities) and hydrogenation having an average particle diameter of 9.1 μm. Titanium powder was prepared. The aluminum powder and the titanium hydride powder were mixed at a mass ratio of 99: 1 so as to have a total weight of 500 g to prepare an aluminum mixed raw material powder.
Methyl cellulose was mixed in an amount of 0.1 parts by mass, ethyl cellulose in an amount of 2.9 parts by mass, glycerin in an amount of 3 parts by mass, polyethylene glycol in an amount of 3 parts by mass, and water in an amount of 91 parts by mass, for a total of 500 g. A binder solution was prepared.
上記のアルミニウム混合原料粉末５０質量部と、上記のバインダー溶液４９質量部とを混練して粘性組成物を調製し、次いで、この粘性組成物にヘプタン１質量部を加えて発泡させ、気泡含有粘性組成物を得た。なお、アルミニウム混合原料粉末、バインダー溶液およびヘプタンは、合計５００ｇとなるように混合した。 50 parts by mass of the above aluminum mixed raw material powder and 49 parts by mass of the above binder solution are kneaded to prepare a viscous composition, and then 1 part by mass of heptane is added to the viscous composition and foamed to form a bubble-containing viscosity. The composition was obtained. The aluminum mixed raw material powder, the binder solution and heptane were mixed so as to have a total weight of 500 g.
次に、得られた気泡含有粘性組成物を、剥離剤が塗布されたポリエチレンシート上に、単位面積当たりの塗布量が下記の表１に示す量となるように、ドクターブレード法にて塗布して気泡含有粘性組成物塗布膜を形成した。この気泡含有粘性組成物塗布膜を温度３５℃、湿度９５％ＲＨに調整された環境中で表１に示す保持時間にて保持して、気泡を整寸化した後、大気乾燥機を用いて温度７０℃で５０分間乾燥した。乾燥後の気泡含有粘性組成物塗布膜をポリエチレンシートから剥がし、直径１００ｍｍの円形に切り出して、焼結前成形体を得た。 Next, the obtained bubble-containing viscous composition was applied onto a polyethylene sheet coated with a release agent by a doctor blade method so that the amount applied per unit area was as shown in Table 1 below. A bubble-containing viscous composition coating film was formed. The bubble-containing viscous composition coating film is held in an environment adjusted to a temperature of 35 ° C. and a humidity of 95% RH for the holding time shown in Table 1, the bubbles are sized, and then an air dryer is used. It was dried at a temperature of 70 ° C. for 50 minutes. The bubble-containing viscous composition coating film after drying was peeled off from the polyethylene sheet and cut into a circle having a diameter of 100 mm to obtain a pre-sintered molded product.
得られた焼結前成形体を、ジルコニア敷粉を敷いたアルミナセッターの上に載置して、アルゴン雰囲気中で、温度５２０℃で３０分間仮焼成して、バインダー溶液成分を除去した。仮焼成した後の焼結前成形体を、アルゴン雰囲気中で、表１に示す本焼成温度と本焼成時間で本焼成して、アルミニウム多孔質焼結体を得た。得られたアルミニウム多孔質焼結体をロールプレスにかけ、表１に示す厚さとなるまで圧延して、多孔質アルミニウムシート（発泡アルミニウムシート）を作製した。但し、Ｎｏ．２０では、シートの形状を維持できなかったため、多孔質アルミニウムシートを作製できなかった。 The obtained pre-sintered molded product was placed on an alumina setter lined with zirconia bedding powder and calcined at a temperature of 520 ° C. for 30 minutes in an argon atmosphere to remove the binder solution component. The pre-sintered molded product after the tentative firing was main-baked in an argon atmosphere at the main firing temperature and the main firing time shown in Table 1 to obtain a porous aluminum sintered body. The obtained porous aluminum sintered body was rolled and rolled to the thickness shown in Table 1 to prepare a porous aluminum sheet (foamed aluminum sheet). However, No. At No. 20, the shape of the sheet could not be maintained, so that the porous aluminum sheet could not be produced.
＜多孔質アルニウムシートＮｏ．１〜Ｎｏ．１９の評価＞
得られた多孔質アルミニウムシートの平均孔径、気孔率、金属骨格長さ１００μｍ当たりの骨格孔の数を下記の方法により測定した。この結果を表１に示す。
<Porous Arnium Sheet No. 1-No. 19 evaluations>
The average pore diameter, porosity, and number of skeletal pores per 100 μm of metal skeleton length of the obtained porous aluminum sheet were measured by the following methods. The results are shown in Table 1.
（平均孔径）
多孔質アルミニウムシートを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、気孔の長径を孔径として１試料につき５０か所測定した。なお、４０μｍ以上の長径を持つ気孔のみを測定対象とした。測定した孔径の算術平均値を算出し、これを平均孔径とした。
(Average pore size)
The porous aluminum sheet was observed with a scanning electron microscope (SEM), and 50 points were measured per sample with the major axis of the pores as the pore diameter. Only pores having a major axis of 40 μm or more were measured. The arithmetic mean value of the measured hole diameter was calculated and used as the average hole diameter.
（気孔率）
多孔質アルニウムシートを５ｃｍ角のサイズで切り出し、切り出した多孔質アルミニウムシートの質量Ｍ（ｇ）と、体積Ｖ（ｃｍ３）、真密度Ｄ（ｇ／ｃｍ３）を測定した。気孔率は、下記の計算式にて算出した。真密度は気相置換法（マイクロメトリクス社製 アキュピックII １３４０）により測定した。
気孔率（％）＝［１−｛Ｍ÷（Ｖ×Ｄ）｝］×１００
(Porosity)
A porous aluminum sheet was cut out to a size of 5 cm square, and the mass M (g), the volume V (cm 3 ), and the true density D (g / cm 3 ) of the cut out porous aluminum sheet were measured. The porosity was calculated by the following formula. The true density was measured by the gas phase substitution method (Accupic II 1340 manufactured by Micrometrics).
Porosity (%) = [1- {M ÷ (V × D)}] × 100
（金属骨格の長さ１００μｍあたりの骨格孔の平均個数）
樹脂埋めした多孔質アルニウムシートを準備し、シートの面方向に平行な断面を出した。その後、多孔質アルニウムシートの断面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、写真中央に金属骨格が写るようにそれぞれ別視野で撮影したＳＥＭ写真を１０枚用意した。ＳＥＭ写真の倍率は１０００倍とした。図２に、Ｎｏ．１の多孔質アルニウムシートの断面のＳＥＭ写真を、図３に図２中の破線で囲まれた部分の拡大写真を示す。図３に示すように、ＳＥＭ写真の対角線の交点から対角線上の各隅に向かって５０μｍずつ、全長１００μｍの直線を２本描いた。そして、その２本の長さ１００μｍの直線にそれぞれ接する骨格孔（長径が５μｍ以上４０μｍ以下の範囲にあるもの）の個数を計数した。用意した１０枚の各ＳＥＭ写真で計数された骨格孔の個数の算術平均値を算出し、これを断面観察によって測定される長さ１００μｍあたりの骨格孔の平均個数とした。
(Average number of skeletal pores per 100 μm length of metal skeleton)
A resin-filled porous alnium sheet was prepared, and a cross section parallel to the surface direction of the sheet was obtained. Then, 10 SEM photographs were prepared in which the cross section of the porous alnium sheet was taken with a scanning electron microscope (SEM) from different fields of view so that the metal skeleton could be seen in the center of the photograph. The magnification of the SEM photograph was 1000 times. In FIG. 2, No. An SEM photograph of a cross section of the porous alnium sheet of No. 1 is shown in FIG. 3, and an enlarged photograph of a portion surrounded by a broken line in FIG. 2 is shown in FIG. As shown in FIG. 3, two straight lines having a total length of 100 μm were drawn from the intersection of the diagonal lines of the SEM photograph toward each corner on the diagonal line by 50 μm. Then, the number of skeletal holes (those having a major axis in the range of 5 μm or more and 40 μm or less) in contact with each of the two straight lines having a length of 100 μm was counted. The arithmetic mean value of the number of skeletal holes counted in each of the 10 prepared SEM photographs was calculated, and this was taken as the average number of skeletal holes per 100 μm in length measured by cross-sectional observation.
＜放熱シートの作製＞
［本発明例１］
上記方法で作製した多孔質アルニウムシートＮｏ．１に、液状シリコーンゴム（信越化学工業株式会社製：ＫＥ−１８３０）を塗布し、次いで、真空脱泡に１時間かけて、多孔質アルニウムシートの気孔に液状シリコーンゴムを充填した。液状シリコーンゴムを充填した多孔質アルニウムシートを、二枚の離形フィルム（ダイセルバリューコーティング株式会社：Ｔ１４３２）の間に、多孔質アルミニウムシートと同じ厚さのスペーサーと共に挟み、２ＭＰａの力でプレスしながら１２０度で１時間加熱して、液状シリコーンゴムを硬化させて、多孔質アルニウムシートＮｏ．１にシリコーンゴムを充填した放熱シートを作成した。
<Making a heat dissipation sheet>
[Example 1 of the present invention]
Porous Arnium Sheet No. prepared by the above method. Liquid silicone rubber (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd .: KE-1830) was applied to No. 1, and then the pores of the porous alnium sheet were filled with the liquid silicone rubber over 1 hour for vacuum defoaming. A porous aluminum sheet filled with liquid silicone rubber is sandwiched between two release films (Dycel Value Coating Co., Ltd .: T1432) with a spacer of the same thickness as the porous aluminum sheet, and pressed with a force of 2 MPa. While heating at 120 degrees for 1 hour, the liquid silicone rubber was cured to obtain the porous Arnium sheet No. A heat radiating sheet filled with silicone rubber was prepared in 1.
［本発明例２］
液状シリコーンゴムの代わりに、二液型シリコーンゲル（信越化学工業株式会社製：ＫＥ−１０１３）を用いたこと、および真空脱泡にかける時間を０．１時間としたこと以外は、本発明例１と同様にして、多孔質アルニウムシートＮｏ．１にシリコーンゲルを充填した放熱シートを作製した。
[Example 2 of the present invention]
Examples of the present invention except that a two-component silicone gel (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd .: KE-1013) was used instead of the liquid silicone rubber, and the time required for vacuum defoaming was 0.1 hour. In the same manner as in No. 1, the porous Arnium sheet No. A heat radiating sheet filled with silicone gel in No. 1 was prepared.
［本発明例３］
液状シリコーンゴムの代わりに、液状シリコーンゴム（信越化学工業株式会社製：ＫＥ−１８３０）と二液型シリコーンゲル（信越化学工業株式会社製：ＫＥ−１０１３）とを質量比で１：１の割合で混合した混合物を用いたこと以外は、本発明例１と同様にして、多孔質アルニウムシートＮｏ．１にシリコーンゴムとシリコーンゲルの混合物を充填した放熱シートを作製した。
[Example 3 of the present invention]
Instead of liquid silicone rubber, liquid silicone rubber (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd .: KE-1830) and two-component silicone gel (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd .: KE-1013) are mixed in a ratio of 1: 1 by mass. In the same manner as in Example 1 of the present invention, except that the mixture mixed in 1 was used, the porous Arnium Sheet No. A heat radiating sheet filled with a mixture of silicone rubber and silicone gel was prepared in 1.
［本発明例４］
本発明例１で用いた液状シリコーンゴムの代わりに、液状フッ素ゴム（ダイキン工業株式会社製：ＤＰＡ−３８２）を用いた。上記方法で作製した多孔質アルニウムシートＮｏ．１に、液状フッ素ゴムを塗布し、次いで、真空脱泡に１時間かけて、多孔質アルニウムシートの気孔に液状フッ素ゴムを充填した。次に、８０℃で３０分乾燥を行った。続いて液状フッ素ゴムを充填した多孔質アルニウムシートを、二枚の離形フィルムの間に、多孔質アルミニウムシートと同じ厚さのスペーサーと共に挟み、０．５ＭＰａの力でプレスした。その後、マッフル炉にて１２０℃で１時間加熱して、液状フッ素ゴムを硬化させて、多孔質アルニウムシートＮｏ．１にフッ素ゴムを充填した放熱シートを作製した。
[Example 4 of the present invention]
Instead of the liquid silicone rubber used in Example 1 of the present invention, a liquid fluororubber (manufactured by Daikin Industries, Ltd .: DPA-382) was used. Porous Arnium Sheet No. prepared by the above method. Liquid fluororubber was applied to No. 1, and then the pores of the porous alnium sheet were filled with the liquid fluororubber over 1 hour for vacuum defoaming. Next, it was dried at 80 ° C. for 30 minutes. Subsequently, a porous aluminum sheet filled with liquid fluororubber was sandwiched between two release films together with a spacer having the same thickness as the porous aluminum sheet, and pressed with a force of 0.5 MPa. Then, it was heated at 120 ° C. for 1 hour in a muffle furnace to cure the liquid fluororubber, and the porous Arnium sheet No. A heat radiating sheet filled with fluororubber was produced.
［本発明例５〜１５および比較例１〜７］
多孔質アルニウムシートＮｏ．１の代わりに、表１に示すように多孔質アルニウムシートＮｏ．２〜１９を用いたこと以外は、本発明例１と同様にして、放熱シートを作製した。
[Examples 5 to 15 of the present invention and Comparative Examples 1 to 7]
Porous Arnium Sheet No. Instead of 1, as shown in Table 1, the porous Arnium sheet No. 1 A heat radiating sheet was produced in the same manner as in Example 1 of the present invention except that 2 to 19 were used.
＜放熱シートの評価＞
本発明例１〜１５および比較例１〜７で作製した放熱シートの表面粗さＲａ、シート硬さ、熱伝導度、熱抵抗を、下記の方法により測定した。その結果を表２に示す。
<Evaluation of heat dissipation sheet>
The surface roughness Ra, sheet hardness, thermal conductivity, and thermal resistance of the heat radiating sheets produced in Examples 1 to 15 of the present invention and Comparative Examples 1 to 7 were measured by the following methods. The results are shown in Table 2.
（表面粗さＲａ）
表面粗さＲａは、Ｂｒｕｋｅｒ Ｎａｎｏ社製Ｄｅｋｔａｋ１５０を用いて測定した。測定は１ｍｍスキャンによって行い、荷重は５．００ｍｇ、スキャンスピードは１ｍｍ／３０ｓとした。
(Surface roughness Ra)
The surface roughness Ra was measured using a Dektak 150 manufactured by Bruker Nano. The measurement was performed by a 1 mm scan, the load was 5.00 mg, and the scan speed was 1 mm / 30 s.
（シート硬さ）
放熱シートを重ねて、５ｍｍ厚の試料を作製した。作製した５ｍｍ厚の試料に対して、ＪＩＳ−Ｋ−６２５３に準じて、タイプＡのデュロメーター（テフロック、ＧＳ−７１９Ｎ）を用いて硬さを５点測定した。測定した硬さの算術平均値を算出し、これをシート硬さとした。
(Sheet hardness)
The heat radiating sheets were stacked to prepare a sample having a thickness of 5 mm. The hardness of the prepared 5 mm thick sample was measured at 5 points using a type A durometer (Teflock, GS-719N) according to JIS-K-6253. The arithmetic mean value of the measured hardness was calculated and used as the sheet hardness.
（熱伝導度）
熱伝導度は、放熱シートの垂直方向の熱拡散率から算出した。放熱シートの垂直（厚み）方向の熱拡散率は、ＮＥＴＺＳＣＨ−ＧｅｒａｔｅｂａｕＧｍｂＨ製のＬＦＡ４７７ Ｎａｎｏｆｌａｓｈ を用いたレーザーフラッシュ法で測定した。放熱シートの熱伝導度の計算には、多孔質アルニウムシートの密度と比熱、および弾性体の密度と比熱から体積分率に基づいて計算した値を用いた。
(Thermal conductivity)
The thermal conductivity was calculated from the vertical thermal diffusivity of the heat dissipation sheet. The thermal diffusivity in the vertical (thickness) direction of the heat radiating sheet was measured by a laser flash method using LFA477 Nanoflash manufactured by NETZSCH-Geratebau GmbH. For the calculation of the thermal conductivity of the heat dissipation sheet, the values calculated from the density and specific heat of the porous alnium sheet and the density and specific heat of the elastic body based on the volume fraction were used.
（熱抵抗）
放熱シートを銅板（５０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ３ｍｍ）の上に貼り付けた。この放熱シートを貼り付けた銅板の放熱シートと発熱体パッケージとをトルク４０Ｎｃｍの力でねじ留めした上で、Ｔ３Ｓｔａｒ装置を用いて、放熱シートの熱抵抗を測定した。発熱体パッケージはＴＯ−３Ｐを用いた。発熱：１Ａ、３０ｓｅｃ（素子温度：ΔＴ＝２．６℃）、測定：０．０１Ａ、測定時間：４５ｓｅｃの条件で測定を行った。
(Thermal resistance)
The heat radiating sheet was attached on a copper plate (50 mm × 60 mm, thickness 3 mm). The heat-dissipating sheet of the copper plate to which the heat-dissipating sheet was attached and the heating element package were screwed together with a force of 40 Ncm of torque, and then the thermal resistance of the heat-dissipating sheet was measured using a T3Star device. TO-3P was used as the heating element package. The measurement was performed under the conditions of heat generation: 1A, 30sec (element temperature: ΔT = 2.6 ° C.), measurement: 0.01A, and measurement time: 45sec.
本発明例１〜１５で得られた放熱シートは、比較例１〜７で得られた放熱シートと比較して熱抵抗が低いこと、すなわち優れた放熱特性を有することが確認された。比較例１〜７で得られた放熱シートの熱抵抗が高くなった理由は、次のように推察される。 It was confirmed that the heat radiating sheets obtained in Examples 1 to 15 of the present invention had lower thermal resistance than the heat radiating sheets obtained in Comparative Examples 1 to 7, that is, they had excellent heat radiating characteristics. The reason why the thermal resistance of the heat radiating sheets obtained in Comparative Examples 1 to 7 was increased is presumed as follows.
比較例１の放熱シートは厚さが薄くなりすぎて、密着性が低下したためであると推察される。これは本発明例１の熱伝導度、厚みとの関係からより明確に支持される。つまり本発明例１の熱伝導度は比較例１のものと同程度で、比較例１の厚みは本発明例１の半分である。従って、バルク熱抵抗としては比較例１のほうが低い。しかしながら熱抵抗としては比較例１のほうが高くなっている。これは、界面熱抵抗が高いことを示しており、密着性が低下していることを示している。
比較例２の放熱シートは厚さが厚くなりすぎて、バルク熱抵抗が大きくなりすぎたためであると推察される。
It is presumed that this is because the heat radiating sheet of Comparative Example 1 was too thin and the adhesion was lowered. This is more clearly supported from the relationship with the thermal conductivity and thickness of Example 1 of the present invention. That is, the thermal conductivity of Example 1 of the present invention is about the same as that of Comparative Example 1, and the thickness of Comparative Example 1 is half that of Example 1 of the present invention. Therefore, the bulk thermal resistance of Comparative Example 1 is lower. However, the thermal resistance of Comparative Example 1 is higher. This indicates that the interfacial thermal resistance is high, and that the adhesion is reduced.
It is presumed that this is because the heat dissipation sheet of Comparative Example 2 became too thick and the bulk thermal resistance became too large.
比較例３の放熱シートは平均孔径と気孔率が小さくなりすぎて、密着性が低下したためであると推察される。これは本発明例１の熱伝導度、厚みとの関係からより明確に支持される。つまり比較例３の熱伝導度は本発明例１よりも高く、厚みは同じである。従ってバルク熱抵抗は比較例３のほうが低い。しかしながら熱抵抗としては比較例３のほうが高くなっている。これは、界面熱抵抗が高いことを示しており、密着性が低下していることを示している。
比較例４の放熱シートは、平均孔径が大きく、表面粗さＲａが大きくなりすぎたため、密着性が低下したためであると推察される。これは本発明例１の熱伝導度、厚みとの関係からより明確に支持される。つまり比較例４の熱伝導度は本発明例１と同程度であり、厚みは同じである。従ってバルク熱抵抗はほぼ変わらない。しかしながら熱抵抗としては比較例４のほうが高くなっている。これは、界面熱抵抗が高いことを示しており、密着性が低下していることを示している。
比較例５の放熱シートは、気孔率が低くなりすぎて、密着性が低下したためであると推察される。これは本発明例１の熱伝導度、厚みとの関係からより明確に支持される。つまり比較例５の熱伝導度は本発明例１よりも高く、厚みは同じである。従ってバルク熱抵抗はほぼ変わらない。しかしながら熱抵抗としては比較例５のほうが高くなっている。これは、界面熱抵抗が高いことを示しており、密着性が低下していることを示している。
It is presumed that the heat radiation sheet of Comparative Example 3 had an average pore diameter and a porosity that were too small, resulting in a decrease in adhesion. This is more clearly supported from the relationship with the thermal conductivity and thickness of Example 1 of the present invention. That is, the thermal conductivity of Comparative Example 3 is higher than that of Example 1 of the present invention, and the thickness is the same. Therefore, the bulk thermal resistance is lower in Comparative Example 3. However, the thermal resistance of Comparative Example 3 is higher. This indicates that the interfacial thermal resistance is high, and that the adhesion is reduced.
It is presumed that the heat radiating sheet of Comparative Example 4 had a large average pore diameter and an excessively large surface roughness Ra, resulting in a decrease in adhesion. This is more clearly supported from the relationship with the thermal conductivity and thickness of Example 1 of the present invention. That is, the thermal conductivity of Comparative Example 4 is about the same as that of Example 1 of the present invention, and the thickness is the same. Therefore, the bulk thermal resistance is almost unchanged. However, the thermal resistance of Comparative Example 4 is higher. This indicates that the interfacial thermal resistance is high, and that the adhesion is reduced.
It is presumed that the heat radiating sheet of Comparative Example 5 had a porosity too low and the adhesion was lowered. This is more clearly supported from the relationship with the thermal conductivity and thickness of Example 1 of the present invention. That is, the thermal conductivity of Comparative Example 5 is higher than that of Example 1 of the present invention, and the thickness is the same. Therefore, the bulk thermal resistance is almost unchanged. However, the thermal resistance of Comparative Example 5 is higher. This indicates that the interfacial thermal resistance is high, and that the adhesion is reduced.
比較例６の放熱シートは、金属骨格に形成されている骨格孔の数が少なくなりすぎて、密着性が低下したためと推察される。これは本発明例１とのシート-6硬さの違いや熱抵抗の違いからより明確に支持される。つまり比較例６の熱伝導度は本発明例１と同じであり、厚みも同じである。従ってバルク熱抵抗はほぼ変わらない。しかしながら熱抵抗としては比較例６のほうが高くなっている。これは、界面熱抵抗が高いことを示しており、密着性が低下していることを示している。この密着性の低下は、シート硬さからわかるように、金属骨格に形成されている骨格孔の数が少なくなりすぎて、シートの柔軟性が低下したためと推察される。
比較例７の放熱シートは、骨格孔の数が多くなりすぎて、多孔質アルミニウムシートの熱伝導度が低下したためであると推察される。これは熱伝導度測定値から明確に支持される。
It is presumed that the heat radiating sheet of Comparative Example 6 had an excessively small number of skeleton holes formed in the metal skeleton, resulting in reduced adhesion. This is more clearly supported by the difference in sheet-6 hardness and thermal resistance from Example 1 of the present invention. That is, the thermal conductivity of Comparative Example 6 is the same as that of Example 1 of the present invention, and the thickness is also the same. Therefore, the bulk thermal resistance is almost unchanged. However, the thermal resistance of Comparative Example 6 is higher. This indicates that the interfacial thermal resistance is high, and that the adhesion is reduced. As can be seen from the sheet hardness, it is presumed that this decrease in adhesion is due to the fact that the number of skeleton holes formed in the metal skeleton is too small and the flexibility of the sheet is reduced.
It is presumed that the heat radiating sheet of Comparative Example 7 had an excessive number of skeletal holes and the thermal conductivity of the porous aluminum sheet decreased. This is clearly supported by the thermal conductivity measurements.
１０ 放熱シート
１１ 金属骨格
１２ 骨格孔
１３ 気孔
１４ 多孔質金属シート
１５ 弾性体
10 Heat dissipation sheet 11 Metal skeleton 12 Skeleton hole 13 Pore 14 Porous metal sheet 15 Elastic body
Claims (2)
厚みが１５０μｍ以上３５０μｍ以下の範囲にあり、前記多孔質金属シートは、気孔率が７０％以上９９％以下の範囲とされ、前記気孔は、平均孔径が５０μｍ以上１００μｍ以下の範囲にあり、さらに前記金属骨格は、長径が５μｍ以上４０μｍ以下の範囲にある骨格孔を有し、前記金属骨格の断面観察によって測定される長さ１００μｍあたりの前記骨格孔の平均個数が１個以上５個以下の範囲にあることを特徴とする放熱シート。 A heat-dissipating sheet including a metal skeleton having a three-dimensional network structure, a porous metal sheet having pores formed between the metal skeletons, and an elastic body filled in the pores.
The thickness is in the range of 150 μm or more and 350 μm or less, the porous metal sheet has a porosity in the range of 70% or more and 99% or less, and the pores have an average pore diameter in the range of 50 μm or more and 100 μm or less. The metal skeleton has skeleton holes having a major axis in the range of 5 μm or more and 40 μm or less, and the average number of the skeletal holes per 100 μm in length measured by cross-sectional observation of the metal skeleton is in the range of 1 or more and 5 or less. A heat-dissipating sheet characterized by being in.
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