JP6816678B2 - 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100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9および図10はその一例を示しており、図9に示すように、形成した放熱部材100を金型400に入れ、位置決めをする。そして、その上から、前記した樹脂材料300を流し込む。樹脂は、前記隙間cを通って、放熱部材100の内部空間に入り込む。次に、図10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11に側面図を示す放熱シート200が得られる。
この実施の形態の放熱シート200では、放熱部材100は、広い面方向での面積を持つ。さらに、厚み方向へも連続して長尺折り曲げ部材50の一部(Z方向である立ち上がり壁54)が配向しており、そのために、厚み方向で途中で途切れることのない熱伝導パスが形成される。
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12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200の表裏面に絶縁層103を設けた点で、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103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103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13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、長尺折り曲げ部材50を構成する長尺状の平板51として、表裏面に絶縁皮膜104を備えた材料を用いて放熱部材100を形成している。絶縁皮膜104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。
図14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200cは、放熱部材100Cとして、放熱シート200cの厚み方向に延びている部材、すなわち、前記立ち上がり壁54に多段の折曲部105を形成したものを用いている。この構成では、厚み方向での圧縮特性が向上した放熱シート200cが得られる。
図1に示した形状の長尺折り曲げ部材50を用いて、図8に示す形態の放熱部材100を作製した。長尺折り曲げ部材50の基材としての長尺状の平板51には0.2mm厚の純Cu箔を用いた。図3〜図7に基づき説明したようにして曲げ加工および組み込みを行って、放熱部材100を複数種類作製した。具体的な寸法は、表1の実施例1〜4に示した。なお、長尺折り曲げ部材50の高さb(すなわち、頂部55と頂部56とのZ軸方向での距離)は、放熱シート100の仕上がり厚みが2mmとなるように、調整した。作製した放熱部材100を、図9および図10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15、図16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1〜3の放熱シートを作製した。なお、比較例1〜3の傾斜角度は、図16(b)に示す傾斜角度A°である。
実施例品1〜4、比較例品1〜3について、定常法により、熱伝導率および熱抵抗を測定した。その結果を表1に示した。
実施例品と比較例品では、仕上がり厚みがいずれも2mm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、実施例品は比較例品と比較して、熱伝導率が大きく向上している。また、熱抵抗は、実施例品は、比較例品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8に示した形状であり、それにより、熱伝導パスが、比較例品と比較して、実質上、多くなった結果である。
50a…第1の長尺折り曲げ部材、
50b…第2の長尺折り曲げ部材、
50A…第1の長尺折り曲げ部材の群、
50B…第2の長尺折り曲げ部材の群、
51…長尺状の平板、
52…凸所、
53…凹所、
54…Z方向の共通の立ち上がり壁、
55…凸所の頂面、
56…凹所の頂面、
50a…原シート、
60…プレス加工機、
61…プレス可動型、
62…プレス固定型、
63…プレス装置、
100…放熱部材、
101…放熱部材の上面、
102…放熱部材の下面、
200…放熱シート、
300…樹脂材料、
400…金型。
Claims (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、長尺状の平板を直角または鈍角で連続的に波状に折り曲げることで凸所と凹所が交互に連続的に形成されている長尺折り曲げ部材からなる、第1の長尺折り曲げ部材群と第2の長尺折り曲げ部材群とが、一方の凸所に他方の凹所が位置し一方の凹所に他方の凸所が位置するようにして縦横に組み込まれて、ほぼ平行な上面と下面とを持つ構成であり、
前記放熱部材は、前記第1の長尺折り曲げ部材群と前記第2の長尺折り曲げ部材群の上面と下面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。
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