JP7213687B2 - 放熱装置 - Google Patents
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Description
なお、本発明において、「熱伝導率」は、本明細書の実施例に記載の方法で測定することができる。
また、本発明において、「熱伝導シートの挟着面」とは、放熱装置が備える熱伝導シートの表面のうち、発熱体または放熱体と接触する表面(接している部分)を指す。なお、本発明において、熱伝導シートに関し、発熱体と接触する表面の面積と、放熱体と接触する表面の面積とが異なる場合には、「挟着面の面積」とは、上記2つの面積のうち狭い方の面積を指すものとする。また、発熱体と放熱体との間に複数の熱伝導シートが面内に配置されている場合には、「挟着面の面積」とは全熱伝導シートの挟着面の合計面積を指すものとする。
更に、本発明において、「発熱体および放熱体の被着面」とは、発熱体および放熱体が対向している側の全体面(対向全体面)のうち、互いに対向する範囲(実際に熱伝導シートを介在させているかどうかにかかわらず、発熱体と放熱体とが熱伝導シートを介して密着し得る最大範囲)における発熱体および放熱体の対向面を指す。
そして、本発明において、各面の「面積」は、後述する表面凹凸を考慮することなく、各面の外形寸法(外径など)から算出することとする。
なお、本発明において、「アスカーC硬度」(以下、単に「硬度」と略記する場合がある。)は、日本ゴム協会規格(SRIS0101)のアスカーC法に準拠し、硬度計を用いて温度25℃で測定することができる。
なお、本発明において、「表面凹凸」は、以下に示す方法で測定することができる。
即ち、まず、被測定面上の略中心に位置する中心点を基準とした水平方向の広がりを基準面と設定する。ここで、上記中心点は目視で設定することができるが、例えば、被測定面が多角形である場合は各頂点から略等距離にある点または対角線の交点とすることができ;被測定面が円形である場合は円の中心或いは長軸および短軸の交点とすることができる。次に、三次元形状測定機等のレーザー顕微鏡を用いて、被測定面における所定の線上における厚み方向についての表面凹凸形状状態を表したグラフを得る。ここで、上記所定の線上とは、被測定面の面内において厚み方向に最も高い点と最も低い点とを通る直線上である。そして、得られたグラフの厚み方向における、基準面の高さと最大高さ(最高値)との高低差、および基準面の高さと最小高さ(最低値)との高低差の絶対値のうち大きい方を「表面凹凸」とする。
ここで、本明細書において、表面凹凸が5μm以下である表面は、「平滑」であるとする。
本発明の放熱装置は、例えば、電子素子を内部に有する電子機器において、当該電子素子を含む電子部材として使用することができる。ここで、本発明の放熱装置は、上記電子機器などの各種機器の内部に完全に組み込まれていてもよいし、機器の外部に一部または全部が備えられていてもよい。
そして、本発明の放熱装置は、後述する発熱体、放熱体、および所定の熱伝導シートを、所定の条件にて、任意の方法で組み立てて製造することができる。
本発明の放熱装置は、発熱体と、放熱体と、所定の熱伝導率を有する熱伝導シートとを備え、熱伝導シートの挟着面の面積が発熱体および放熱体の被着面の面積よりも小さくなる条件で、発熱体および放熱体の間に上記熱伝導シートが挟着されていることを特徴とする。なお、本発明の放熱装置は、上記発熱体、放熱体、および熱伝導シート以外に、例えば、各構成部材間を固定する固定部品などの、任意のその他の部材を更に備えていてもよい。
そして、本発明の放熱装置では、所定の熱伝導率を有する熱伝導シートが、発熱体および放熱体の間に、上記所定の面積条件にて挟着されているため、発熱体と放熱体との間の熱抵抗が低く、放熱装置としての放熱性が高い。つまり、本発明の放熱装置は、例えば、電子素子自体または電子素子を含むパワーモジュール等の発熱体から発生する熱を効率的に外部に放散することができる。その結果、例えば、本発明の放熱装置を備えた電子機器などの各種機器に対し、発熱体からの熱に起因した機能障害が発生するのを防止することができる。
発熱体は、本発明の放熱装置を構成する一構成部材であり、本発明の放熱装置において、後述する放熱体とともに、熱伝導シートを挟着する。換言すれば、発熱体は、本発明の放熱装置において、熱伝導シートと接着する被着体の一種である。
ここで、発熱体は、例えば、電子機器などの各種機器において熱を発すれば特に制限されない。発熱体の種類としては、例えば、トランジスタ、ダイオード、サイリスタ、有機EL、無機EL等の半導体素子;および当該半導体素子を備えたメモリ、中央演算処理装置(CPU)等の集積回路(IC、LSI)およびICチップ、半導体パッケージ、半導体封止ケース、半導体ダイボンディング、パワーモジュール、パワートランジスタ、パワートランジスタケース等の半導体関連部品;リジッド配線板、フレキシブル配線板、セラミック配線板、ビルドアップ配線板、多層基板等の配線基板(配線板にはプリント配線板なども含まれる);等が挙げられる。
また、上記トランジスタとしては、例えば、電界効果トランジスタ(FET)、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)等が挙げられる。
更に、上記ダイオードとしては、例えば、発光ダイオード(LED)、フォト・ダイオード等が挙げられる。
ここで、発熱体は、後述する放熱体と互いに対向している被着面を有する。そして、一般的に、発熱体から生じた熱の大部分は、被着面を介して放熱体へと伝熱し、放散される。
また、発熱体は、上記被着面の表面凹凸が5μm超であることが好ましく、15μm以上であることがより好ましく、25μm以上であることが更に好ましく、50μm以下であることが好ましく、35μm以下であることがより好ましい。発熱体の被着面の表面凹凸が上記下限超であれば、発熱体と放熱体との間の熱抵抗の低減効果を更に高め、放熱装置の放熱性をより効率的に高めることができるからである。また、発熱体の被着面の表面凹凸が上記上限以下であれば、熱伝導シートと接触する発熱体の表面部分の歪みが過度に大きくなることを防ぎ、発熱体および熱伝導シートの密着性を良好に保てるため、発熱体と放熱体との間の熱抵抗を更に低下させ、放熱装置の放熱性をより効率的に高めることができるからである。
放熱体は、本発明の放熱装置を構成する一構成部材であり、本発明の放熱装置において、上述した発熱体とともに、熱伝導シートを挟着する。換言すれば、放熱体は、本発明の放熱装置において、熱伝導シートと接着する被着体の一種である。
ここで、放熱体の種類としては、例えば、板、フィン等の形状部分を有するヒートシンク;ヒートパイプに接続されているブロック;冷却液体をポンプで循環させている構造を内部に有するブロック;ペルチェ素子;ペルチェ素子を備えたヒートシンク;および、ペルチェ素子を備えたブロック;等が挙げられる。ここで、良好に放熱する観点からは、上記ヒートシンクおよびブロックは、例えば、アルミニウム、銅等の金属製であることが通常である。
上述した中でも、本発明の放熱装置において熱伝導シートと接触する放熱体は、ハンドリング性および放熱性の観点から、アルミニウム、銅等の金属製ヒートシンクであることが好ましい。
また、放熱体は、上述した発熱体と互いに対向している被着面を有する。そして、一般的に、発熱体から生じた熱の大部分は、被着面を介して放熱体へと伝熱し、放散される。
また、放熱体の被着面の表面凹凸は、特に制限されることなく、50μm以下であることが好ましく、35μm以下であることがより好ましく、10μm以下であることが更に好ましい。放熱体の被着面の表面凹凸が上記上限以下であれば、熱伝導シートと接触する放熱体の表面部分の歪みが過度に大きくなることを防ぎ、放熱体および熱伝導シートの密着性を良好に保てる。そのため、発熱体と放熱体との間の熱抵抗を更に低下させ、放熱装置の放熱性をより効率的に高めることができるからである。
熱伝導シートは、所定の熱伝導率を有し、且つ、本発明の放熱装置において、熱伝導シートの挟着面の面積が発熱体および放熱体の被着面の面積よりも小さくなる条件にて、発熱体および放熱体の間に挟着される。なお、熱伝導シートが上記所定の熱伝導率を有さない、または、発熱体および放熱体の間に上記所定の面積条件にて挟着されない場合は、放熱装置に高い放熱性を発揮させることができない。
[[熱伝導率]]
ここで、熱伝導シートは、厚み方向の熱伝導率が、50℃において、15W/m・K以上であることを必要とする。また、熱伝導シートの厚み方向の熱伝導率は、50℃において、20W/m・K以上であることが好ましく、25W/m・K以上であることがより好ましい。熱伝導率が上記下限以上であれば、驚くべきことに、熱伝導シートの挟着面の面積を発熱体および放熱体の被着面の面積よりも狭くして、熱伝導シートを発熱体と放熱体との間に挟み込んで使用した場合に、発熱体と放熱体との間の熱抵抗を効率的に低下させることができる。その結果、放熱装置に高い放熱性を発揮させることができる。
また、熱伝導シートは、25℃におけるアスカーC硬度が30以上であることが好ましく、40以上であることがより好ましく、50以上であることが更に好ましく、60以上であることが一層好ましく、90以下であることが好ましく、80以下であることがより好ましい。熱伝導シートの硬度が上記下限以上であれば、熱伝導シートに十分な物理的強度を与えると共に、発熱体と放熱体との間の熱抵抗を更に効率的に低下させ、放熱装置の放熱性をより高めることができるからである。また、熱伝導シートの硬度が上記上限以下であれば、熱伝導シートが過度に硬くなることなく、熱伝導シートを介した発熱体および放熱体の良好な密着性を確保することができ、放熱性の高い放熱装置を得ることができるからである。
また、熱伝導シートは、厚みが2.0mm以下であることが好ましく、1.5mm以下であることがより好ましく、0.6mm以下であることが更に好ましく、0.4mm以下であることが一層好ましく、0.25mm以上であることが好ましい。熱伝導シートの厚みが上記上限以下であれば、熱伝導シート自体の熱抵抗(以下、「バルク熱抵抗」と称することがある。)を低下させ得、放熱装置の放熱性をより高め得るからである。加えて、熱伝導シートの可撓性を高め、発熱体および放熱体の被着面への熱伝導シートの形状追従性を向上させることにより、放熱装置の放熱性をより高めることができるからである。また、熱伝導シートの厚みが上記下限以上であれば、熱伝導シートの厚みを過度に小さくすることなく、熱伝導シートが有する高い熱伝導率を維持することにより、放熱装置の良好な放熱性を確保できるからである。加えて、熱伝導シートの取り付け時等のハンドリング性を良好にできるからである。
ここで、熱伝導シートは樹脂と炭素材料とを含むことが好ましい。熱伝導シートが樹脂および炭素材料を含めば、高い熱伝導性を有する熱伝導シートを容易に得ることができ、高い放熱性を発揮し得る放熱装置を容易に製造することができるからである。
ここで、樹脂としては、特に限定されることなく、熱伝導シートの形成に使用され得る既知の樹脂を用いることができる。具体的には、樹脂としては、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を用いることができる。また、熱可塑性樹脂と、熱硬化性樹脂とは併用してもよい。
なお、本発明において、ゴムおよびエラストマーは、「樹脂」に含まれるものとする。
上述した中でも、樹脂としては、熱可塑性樹脂を用いることが好ましく、熱可塑性フッ素樹脂を用いることがより好ましい。熱可塑性樹脂を用いれば、例えば、放熱装置の使用時(放熱時)の高温環境下において、熱伝導シートの可撓性をより良好にし、熱伝導シートを介して発熱体と放熱体とを良好に密着させることができるからである。その結果、発熱体と放熱体との間の熱抵抗をより低下させ、放熱装置の放熱性をより向上させることができるからである。また、熱可塑性フッ素樹脂を用いれば、上記効果に加え、熱伝導シートの耐熱性、耐油性、および耐薬品性を向上させることができるからである。
なお、本明細書において、「常温」とは、23℃を指し、「常圧」とは、1atm(絶対圧)を指す。
ここで、23℃、1atm下で固体の熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリ(アクリル酸2-エチルヘキシル)、アクリル酸とアクリル酸2-エチルヘキシルとの共重合体、ポリメタクリル酸またはそのエステル、ポリアクリル酸またはそのエステルなどのアクリル樹脂;シリコーン樹脂;フッ素樹脂;ポリエチレン;ポリプロピレン;エチレン-プロピレン共重合体;ポリメチルペンテン;ポリ塩化ビニル;ポリ塩化ビニリデン;ポリ酢酸ビニル;エチレン-酢酸ビニル共重合体;ポリビニルアルコール;ポリアセタール;ポリエチレンテレフタレート;ポリブチレンテレフタレート;ポリエチレンナフタレート;ポリスチレン;ポリアクリロニトリル;スチレン-アクリロニトリル共重合体;アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(ABS樹脂);スチレン-ブタジエンブロック共重合体またはその水素添加物;スチレン-イソプレンブロック共重合体またはその水素添加物;ポリフェニレンエーテル;変性ポリフェニレンエーテル;脂肪族ポリアミド類;芳香族ポリアミド類;ポリアミドイミド;ポリカーボネート;ポリフェニレンスルフィド;ポリサルホン;ポリエーテルサルホン;ポリエーテルニトリル;ポリエーテルケトン;ポリケトン;ポリウレタン;液晶ポリマー;アイオノマー;などが挙げられる。これらは、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
常温常圧下で固体の熱可塑性フッ素樹脂としては、例えば、フッ化ビニリデン系フッ素樹脂、テトラフルオロエチレン-プロピレン系フッ素樹脂、テトラフルオロエチレン-パーフルオロビニルエーテル系フッ素樹脂等、フッ素含有モノマーを重合して得られるエラストマーなどが挙げられる。より具体的には、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリクロロトリフルオロエチレン、エチレン-クロロフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン-パーフルオロジオキソール共重合体、ポリビニルフルオライド、テトラフルオロエチレン-プロピレン共重合体、ビニリデンフルオライド-テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレンのアクリル変性物、ポリテトラフルオロエチレンのエステル変性物、ポリテトラフルオロエチレンのエポキシ変性物およびポリテトラフルオロエチレンのシラン変性物等が挙げられる。これらの中でも、加工性の観点から、ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレンのアクリル変性物、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ビニリデンフルオライド-テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体が好ましい。
また、常温常圧下で液体の熱可塑性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などが挙げられる。これらは、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
常温常圧下で液体の熱可塑性フッ素樹脂は、常温常圧下で液体状の熱可塑性フッ素樹脂であれば、特に限定されない。常温常圧下で液体の熱可塑性フッ素樹脂としては、例えば、ビニリデンフルオライド/ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロペンテン-テトラフルオロエチレン3元共重合体、パーフルオロプロペンオキサイド重合体、テトラフルオロエチレン-プロピレン-フッ化ビニリデン共重合体などが挙げられる。
そして、熱可塑性樹脂として併用する際の常温常圧下で固体の熱可塑性樹脂と常温常圧下で液体の熱可塑性樹脂との配合割合は、特に限定されない。当該配合割合は、熱可塑性樹脂100質量%のうち、常温常圧下で固体の熱可塑性樹脂が80質量%以下30質量%以上であり、常温常圧下で液体の熱可塑性樹脂が20質量%以上70質量%以下であることが好ましい。
また、熱可塑性樹脂として併用する際の常温常圧下で固体の熱可塑性フッ素樹脂と常温常圧下で液体の熱可塑性フッ素樹脂との配合割合は、熱可塑性樹脂100質量%のうち、常温常圧下で固体の熱可塑性フッ素樹脂が80質量%以下30質量%以上であり、常温で液体の熱可塑性フッ素樹脂が20質量%以上70質量%以下であることが好ましい。更に、当該配合割合は、熱可塑性樹脂100質量%のうち、常温常圧下で固体の熱可塑性フッ素樹脂が65質量%以下40質量%以上であり、常温常圧下で液体の熱可塑性フッ素樹脂が35質量%以上60質量%以下であることがより好ましい。
常温常圧下で固体の熱可塑性樹脂および常温常圧下で液体の熱可塑性樹脂の配合割合が上記範囲内であれば、取り付け時および交換時等の常温常圧環境下において、熱伝導シートの硬さと可撓性とのバランスをより良好にし、ハンドリング性をより向上させることができるからである。また、放熱装置の使用時(放熱時)の高温環境下では、発熱体および放熱体と熱伝導シートとの密着性をより高め、発熱体と放熱体との間の熱抵抗を更に効率的に低下させ、放熱装置の放熱性をより効率的に向上させることができるからである。
また、熱硬化性樹脂としては、例えば、天然ゴム;ブタジエンゴム;イソプレンゴム;ニトリルゴム;水素化ニトリルゴム;クロロプレンゴム;エチレンプロピレンゴム;塩素化ポリエチレン;クロロスルホン化ポリエチレン;ブチルゴム;ハロゲン化ブチルゴム;ポリイソブチレンゴム;エポキシ樹脂;ポリイミド樹脂;ビスマレイミド樹脂;ベンゾシクロブテン樹脂;フェノール樹脂;不飽和ポリエステル;ジアリルフタレート樹脂;ポリイミドシリコーン樹脂;ポリウレタン;熱硬化型ポリフェニレンエーテル;熱硬化型変性ポリフェニレンエーテル;などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
炭素材料としては、特に限定されることなく、既知の炭素材料を用いることができる。具体的には、炭素材料としては、粒子状炭素材料、繊維状炭素材料などを用いることができる。なお、粒子状炭素材料および繊維状炭素材料は、何れか一方を単独で使用してもよいし、両方を併用してもよいが、熱伝導シートの熱伝導性を容易に高める観点からは、少なくとも粒子状炭素材料を使用することが好ましい。また、熱伝導シートの熱伝導性をより高める観点からは、粒子状炭素材料および繊維状炭素材料を併用することがより好ましい。
粒子状炭素材料としては、特に限定されることなく、例えば、人造黒鉛、鱗片状黒鉛、薄片化黒鉛、天然黒鉛、酸処理黒鉛、膨張性黒鉛、膨張化黒鉛などの黒鉛;カーボンブラック;などを用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
中でも、粒子状炭素材料としては、膨張化黒鉛を用いることが好ましい。膨張化黒鉛を使用すれば、熱伝導シートの熱伝導性をより向上させることができるからである。
ここで、粒子状炭素材料として好適に使用し得る膨張化黒鉛は、例えば、鱗片状黒鉛などの黒鉛を硫酸などで化学処理して得た膨張性黒鉛を、熱処理して膨張させた後、微細化することにより得ることができる。そして、膨張化黒鉛としては、例えば、伊藤黒鉛工業株式会社製のEC1500、EC1000、EC500、EC300、EC100、EC50(いずれも商品名)等が挙げられる。
ここで、熱伝導シートに含まれている粒子状炭素材料の平均粒子径は、0.1μm以上であることが好ましく、1μm以上であることがより好ましく、200μm以上であることが更に好ましく、250μm以下であることが好ましい。粒子状炭素材料の平均粒子径が上記下限以上であれば、熱伝導シートの熱伝導性がより高まるからである。そして、粒子状炭素材料の平均粒子径が上記範囲内であれば、高い熱伝導性を有する熱伝導シートを容易に得ることができるからである。
なお、粒子状炭素材料の平均粒子径は、原料として用いる粒子状炭素材料自体の平均粒子径を変更することにより調整してもよいし、熱伝導シートの作製条件(シートの形成に用いる組成物の解砕条件やシート成形時の加圧条件等)を変更することにより調整してもよい。
また、熱伝導シートに含まれている粒子状炭素材料のアスペクト比(長径/短径)は、1以上10以下であることが好ましく、1以上5以下であることがより好ましい。
そして、熱伝導シートに含まれている粒子状炭素材料の含有割合は、熱伝導シートの全組成100質量%に対して30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、90質量%以下であることが好ましく、70質量%以下であることがより好ましく、60質量%以下であることが更に好ましい。熱伝導シート中の粒子状炭素材料の含有割合が上記下限以上であれば、高い熱伝導性を有する熱伝導シートをより容易に得ることができるからである。また、熱伝導シート中の粒子状炭素材料の含有割合が上記上限以下であれば、熱伝導シートに、発熱体および放熱体と良好に密着し得るより適度な可撓性を与えるとともに、粒子状炭素材料の粉落ちを十分に防止することができるからである。
繊維状炭素材料としては、特に限定されることなく、例えば、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、有機繊維を炭化して得られる炭素繊維、およびそれらの切断物などを用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
そして、熱伝導シートが繊維状炭素材料を含めば、熱伝導シートの熱伝導性を更に向上させることができると共に、粒子状炭素材料の粉落ちを防止することができる。なお、繊維状炭素材料を配合することで粒子状炭素材料の粉落ちを防止することができる理由は、明らかではないが、繊維状炭素材料が三次元網目構造を形成することにより、熱伝導シートの熱伝導性および強度を高めつつ、粒子状炭素材料の脱離を防止しているためであると推察される。
ここで、繊維状炭素材料として好適に使用し得る、カーボンナノチューブを含む繊維状の炭素ナノ構造体は、カーボンナノチューブ(以下、「CNT」と称することがある。)のみからなるものであってもよいし、CNTと、CNT以外の繊維状の炭素ナノ構造体との混合物であってもよい。
なお、繊維状の炭素ナノ構造体中のCNTとしては、特に限定されることなく、単層カーボンナノチューブおよび/または多層カーボンナノチューブを用いることができるが、CNTは、単層から5層までのカーボンナノチューブであることが好ましく、単層カーボンナノチューブであることがより好ましい。単層カーボンナノチューブを使用すれば、多層カーボンナノチューブを使用した場合と比較し、熱伝導シートの熱伝導性および強度を更に向上させることができるからである。
なお、「繊維状の炭素ナノ構造体の平均直径(Av)」および「繊維状の炭素ナノ構造体の直径の標準偏差(σ:標本標準偏差)」は、それぞれ、透過型電子顕微鏡を用いて無作為に選択した繊維状の炭素ナノ構造体100本の直径(外径)を測定して求めることができる。そして、CNTを含む繊維状の炭素ナノ構造体の平均直径(Av)および標準偏差(σ)は、CNTを含む繊維状の炭素ナノ構造体の製造方法や製造条件を変更することにより調整してもよいし、異なる製法で得られたCNTを含む繊維状の炭素ナノ構造体を複数種類組み合わせることにより調整してもよい。
なお、本発明において、「BET比表面積」とは、BET法を用いて測定した窒素吸着比表面積を指す。
そして、熱伝導シートに含まれ得る繊維状炭素材料の平均繊維径は、1nm以上であることが好ましく、3nm以上であることがより好ましく、2μm以下であることが好ましく、1μm以下であることがより好ましい。繊維状炭素材料の平均繊維径が上記範囲内であれば、熱伝導シートの熱伝導性、可撓性および強度を十分に高いレベルで並立させることができるからである。
ここで、繊維状炭素材料のアスペクト比は、10を超えることが好ましい。
そして、熱伝導シート中の繊維状炭素材料の含有割合は、熱伝導シートの全組成100質量%に対して0.03質量%以上であることが好ましく、0.04質量%以上であることがより好ましく、5質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましく、0.06質量%以下であることが更に好ましい。熱伝導シート中の繊維状炭素材料の含有割合が上記下限以上であれば、熱伝導シートの熱伝導性および強度を十分に向上させることができると共に、粒子状炭素材料の粉落ちを十分に防止することができるからである。更に、熱伝導シート中の繊維状炭素材料の含有割合が上記上限以下であれば、繊維状炭素材料の配合により熱伝導シートの可撓性が大きく低下するのを抑制して、熱伝導シートの熱伝導性および可撓性を十分に高いレベルで並立させることができるからである。
更に、熱伝導シートには、必要に応じて、熱伝導シートの形成に使用され得る既知の添加剤を配合することができる。そして、熱伝導シートに配合し得る添加剤としては、特に限定されることなく、例えば、セバシン酸エステルといった脂肪酸エステルなどの可塑剤;赤りん系難燃剤、りん酸エステル系難燃剤などの難燃剤;フッ素オイル(ダイキン工業株式会社製のデムナムシリーズ)のように可塑剤と難燃剤とを兼ねる添加剤;ウレタンアクリレートなどの靭性改良剤;酸化カルシウム、酸化マグネシウムなどの吸湿剤;シランカップリング剤、チタンカップリング剤、酸無水物などの接着力向上剤;ノニオン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤などの濡れ性向上剤;無機イオン交換体などのイオントラップ剤;等が挙げられる。
そして、熱伝導シートは、特に制限されることなく、例えば、上述した樹脂および炭素材料などの成分を含む組成物を加圧してシート状に成形することにより作製することができる。ここで、熱伝導シートは、例えば、(A)上記加圧して得られる一枚のシート状成形体よりなるものでもよく、(B)上記加圧して得られるシート状成形体をプレ熱伝導シートとし、当該プレ熱伝導シートを複数枚重ねた積層体を略積層方向にスライスしたスライス片よりなるものでもよい。上述した中でも、厚み方向に高い熱伝導性を発揮させる観点からは、上記(B)の熱伝導シートが好ましい。以下、上記(B)の熱伝導シートを作製する方法の一例について説明するが、本発明はこれに限定されない。
そして、このようにして得られた熱伝導シート内では、炭素材料が厚み方向に配列していると推察される。従って、上述の方法にて得られた熱伝導シートは、厚み方向の熱伝導性が高く、また、厚み方向の導電性にも優れることが推察される。
本発明の放熱装置は、上述した発熱体および放熱体の間に、上述した所定の熱伝導率を有する熱伝導シートを、以下に詳細に説明する所定の面積条件をもって挟着してなる構成であれば、特に制限されない。また、発熱体および放熱体の間に熱伝導シートを挟着させる方法も、熱伝導シートの厚み方向一方に発熱体を配置し、厚み方向他方に放熱体を配置して熱伝導シートを挟着することが可能な方法であれば、任意の方法を用いることができる。
ここで、熱伝導シートの挟着面は、発熱体や放熱体と接触する面であり、通常は熱伝導シートの厚み方向に直交する面である。そして、本発明の放熱装置では、熱伝導シートの挟着面の面積が、発熱体および放熱体の被着面の面積よりも小さいことを必要とする。
なお、上述した通り、一般に、空気の熱伝導率は熱伝導シートよりも著しく低いため、通常は、対向する発熱体および放熱体間に空気を介在させないほど、発熱体および放熱体の間の熱抵抗を低減させることができると考えられている。つまり、一般には、発熱体および放熱体の被着面の全面に亘って熱伝導シートを挟着させることにより、発熱体および放熱体の間の熱抵抗を低減させることができると考えられている。しかしながら、本発明の放熱装置では、驚くべきことに、発熱体および放熱体の被着面の面積よりも、所定の熱伝導率を有する熱伝導シートの挟着面の面積を狭くして熱伝導シートを挟着することにより、発熱体および放熱間の熱抵抗を下げることができる。即ち、本発明の放熱装置では、意外なことに、従来の熱伝導シートのサイズと比較して小さなサイズの熱伝導シートを用いて、放熱装置の放熱性を効率的に高めることができる。
熱伝導シートを発熱体および放熱体の間に挟着する方法は、発熱体と放熱体との間に、上述した所定の熱伝導率を有する熱伝導シートを挟んで介在させ、各々の面を上述した所定の面積関係で接着させる以外は特に制限されない。
また、熱伝導シートの挟着方法としては、例えば、発熱体および放熱体の表面に歪みがある場合であっても、発熱体および放熱体と、当該発熱体および放熱体の間に介在させた熱伝導シートとを充分に密着させた状態で固定する方法が好ましい。このような良好な密着性を持続させる観点、および作業の簡易性の観点からは、熱伝導シートの挟着方法としては、ばねを介してねじ止めする方法、クリップで挟む方法等のように、押し付ける力が持続する挟着方法;および、任意の力で加圧しながら挟着する方法;を好適な方法として挙げることができる。なお、加圧時の圧力は、通常、0.05MPa~1.5MPaであり、好ましくは0.1MPa~1.0MPaである。
そして、実施例および比較例において、発熱体の表面凹凸および表面凹凸形状;熱伝導シートの熱伝導率およびアスカーC硬度;並びに、放熱装置の熱抵抗の値;は、それぞれ以下の方法を使用して測定した。
発熱体および放熱体の表面凹凸は、三次元形状測定機(キーエンス製、製品名「VR-3100ワンショット3D形状測定機」)を用いて測定した。ここで、被測定面は、それぞれ、発熱体の放熱体と対面する側の対向全体面(つまり、熱伝導シートと接着する側の全体面)、および放熱体の発熱体と対面する側の対向全体面とした。このとき、被測定面は略長方形を有していた。また、当該被測定面の短辺方向をX軸、長辺方向をY軸、X軸およびY軸に直交する方向(厚み方向)をZ軸、対角線同士が交わる点を中心点とし、当該中心点を中心にX軸、Y軸に平行に10mm×10mmの範囲を基準面(測定範囲)と設定した。次に、上記三次元形状測定機を用いて、被測定面全体を測定した。続いて上記測定した被測定面のうち、中心点からX軸方向に0.6mm移動した点(中心X点)を通り、かつY軸に平行な線(平行Y線)上における、Z軸方向についての表面凹凸形状状態を表したグラフを得た。なお、上記平行Y線上には、被測定面の面内において厚み方向に最も高い点と最も低い点とが通っていた。つまり、横軸を上記平行Y線とし、縦軸をZ軸とした、被測定面の断面状態を表したグラフを得た。
そして、得られたグラフにおいて、Z軸方向(厚み方向)における、基準面の高さと最大高さ(最高値)との高低差の絶対値、および基準面の高さと最小高さ(最低値)との高低差の絶対値を算出し、当該絶対値のうち大きい方を「表面凹凸」(μm)として求めた。
熱伝導シートの熱伝導率の測定は、樹脂材料熱抵抗試験器(株式会社日立テクノロジーアンドサービス製、製品名「C47108」)を使用して行った。具体的には、熱伝導シートを1cm×1cmに切り出したものを試料とし、0.5MPaの加圧下、試料温度を50℃として熱抵抗の値を測定した。そして、測定した熱抵抗の値から自動換算した熱伝導率λ(W/m・K)を得た。
熱伝導率が高いほど熱伝導シートの熱伝導性に優れ、発熱体と放熱体との間に介在させて放熱装置とする際の放熱性に優れていることを示す。
熱伝導シートのアスカーC硬度は、日本ゴム協会規格(SRIS0101)のアスカーC法に準拠し、硬度計を使用して、温度25℃の環境下で行った。
具体的には、得られた熱伝導シートの原片を、実施例1~4、実施例6、比較例1~4および比較例6では縦25mm×横50mm×厚み0.3mmのサイズに切り取り、実施例5および比較例5では縦25mm×横50mm×厚み1.3mmのサイズに切り取り、比較例7~12では縦25mm×横50mm×厚み0.5mmのサイズに切り取った。そして、それぞれ50枚重ね合わせることにより試験片を得た。そして、得られた試験片を温度25℃に保たれた恒温室内に48時間以上静置することにより試験体を得た。次に、指針が95~98となるようにダンパー高さを調整し、試験体とダンパーとを衝突させた。そして、当該衝突から60秒後の試験体のアスカーC硬度を、硬度計(高分子計器社製、製品名「ASKER CL-150LJ」)を用いて2回測定し、測定結果の平均値を採用した。一般的に、アスカーC硬度が小さい程、可撓性が高いことを示す。
放熱装置の熱抵抗の値は、製造された放熱装置に対して、過度熱測定装置(Mentor Graphics製、製品名「T3Ster」)、及び加圧冶具(キーナスデザイン製)を用いて、以下の通り測定した。なお、発熱体としては、IGBT搭載パワーモジュールを用いた。また、放熱体としては、ペルチェ素子で冷却したヒートシンク(キーナスデザイン製)を用いた。
まず、得られた放熱装置について、放熱体の初期温度を25℃とした。次に、当該放熱装置が備える発熱体に、加熱電流:10A、加熱時間:150秒の条件で電流を通じさせ、発熱体を加熱した。なお、発熱体の加熱の際、発熱体および放熱体の間に挟着された熱伝導シートには0.50MPaの圧力をかけていた。続いて、加熱後の発熱体および放熱体間に、測定電流:20mA、測定時間:150秒の条件で電流を流し、加熱後の発熱体の温度T1(℃)および放熱体の温度T2(℃)を測定した。そして、得られたT1、T2、および発熱体に印加した電力W(W)を用いて、下記式(I):
X=(T1-T2)/W ・・・(I)
より放熱装置における、熱伝導シートを介した発熱体および放熱体間の熱抵抗の値X(℃/W)を求めた。熱抵抗の値が小さいほど、発熱体から放熱体へと熱が伝わり、放散され易いことを示す。
なお、本明細書において、熱伝導シートの挟着面の面積を被着面の面積よりも小さくすることにより低下した熱抵抗の値(熱抵抗の低下量)は、熱伝導シートの挟着面の面積を被着面の面積よりも小さくした場合における熱抵抗の値X1、および熱伝導シートの挟着面の面積を被着面の面積と同じにした場合における熱抵抗の値X2を用いて、下記式(II):
熱抵抗の低下量=(X2-X1) ・・・(II)
より求めることができる。そして、本明細書において、熱抵抗の低下量(℃/W)がプラスである場合は熱抵抗の値が低下したことを示し、マイナスである場合は熱抵抗の値が増大したことを示す。
また、本明細書において、熱伝導シートの挟着面の面積を被着面の面積よりも小さくすることにより低下した熱抵抗の割合(熱抵抗の低下割合)は、上記X1およびX2を用いて、下記式(III):
熱抵抗の低下割合=(X1/X2)×100 ・・・(III)
より求めることができる。そして、熱抵抗の低下割合(%)が100%未満である場合は熱抵抗の値が低下したことを示し、100%超である場合は熱抵抗の値が増大したことを示す。
<CNTを含む繊維状の炭素ナノ構造体の調製>
国際公開第2006/011655号の記載に従って、スーパーグロース法によってSGCNTを含む繊維状の炭素ナノ構造体を得た。
なお、得られた繊維状の炭素ナノ構造体は、G/D比が3.0、BET比表面積が800m2/g、質量密度が0.03g/cm3であった。また、透過型電子顕微鏡を用い、無作為に選択した100本の繊維状の炭素ナノ構造体の直径を測定した結果、平均直径(Av)が3.3nm、直径の標本標準偏差(σ)に3を乗じた値(3σ)が1.9nm、それらの比(3σ/Av)が0.58、平均長さが100μmであった。また、得られた繊維状の炭素ナノ構造体は、主に単層CNT(以下、「SWCNT」と称することがある。)により構成されていた。
[分散液の調製]
繊維状炭素材料としての、上述で得られた繊維状の炭素ナノ構造体を400mg量り取り、溶媒としてのメチルエチルケトン2L中に混ぜ、ホモジナイザーにより2分間撹拌し、粗分散液を得た。次に、湿式ジェットミル(株式会社常光製、製品名「JN-20」)を使用し、得られた粗分散液を湿式ジェットミルの0.5mmの流路に100MPaの圧力で2サイクル通過させて、繊維状の炭素ナノ構造体をメチルエチルケトンに分散させた。そして、固形分濃度0.20質量%の分散液を得た。
[溶媒の除去]
その後、上述で得られた分散液をキリヤマろ紙(No.5A)を用いて減圧ろ過し、シート状の易分散性集合体を得た。
繊維状炭素材料としての、上述で得られた繊維状の炭素ナノ構造体の易分散性集合体を0.1質量部と、粒子状炭素材料としての膨張化黒鉛(伊藤黒鉛工業株式会社製、商品名「EC-50」、平均粒子径:250μm)を85質量部と、樹脂としての常温で固体の熱可塑性フッ素樹脂(ダイキン工業株式会社製、商品名「ダイエルG―704BP」)40質量部および常温で液体の熱可塑性フッ素樹脂(ダイキン工業株式会社製、商品名「ダイエルG―101」)45質量部と、可塑剤としてのセバシン酸エステル(大八化学工業株式会社製、商品名「DOS」)5質量部とを、溶媒としての酢酸エチル100部の存在下において、ホバートミキサー(株式会社小平製作所製、製品名「ACM-5LVT型」)を用いて5分撹拌混合した。次に、得られた撹拌混合物を30分真空脱泡し、脱泡と同時に酢酸エチルの除去を行うことにより、常温で固体の熱可塑性フッ素樹脂と、常温で液体の熱可塑性フッ素樹脂と、膨張化黒鉛と、繊維状の炭素ナノ構造体(SGCNT)とを含む、熱伝導シート用組成物を得た。そして、得られた組成物を解砕機に投入し、10秒間解砕した。
次いで、解砕した組成物5gを、サンドブラスト処理を施した厚み50μmのPETフィルム(保護フィルム)で挟み、ロール間隙550μm、ロール温度50℃、ロール線圧50kg/cm、ロール速度1m/分の条件にて圧延成形し、厚み0.5mmのプレ熱伝導シートを得た。
続いて、得られたプレ熱伝導シートを縦60mm×横60mm×厚み0.5mmに裁断し、プレ熱伝導シートの厚み方向に120枚両面テープで積層し、厚み約60mmの積層体を得た。
その後、得られたプレ熱伝導シートの積層体の積層断面を、0.3MPaの圧力で押し付けながら、木工用スライサー(株式会社丸仲鐵工所製、商品名「超仕上げかんな盤スーパーメカS」を用いて、積層方向に対して0度の角度でスライス(換言すれば、積層されたプレ熱伝導シートの主面の法線方向にスライス)し、縦60mm×横60mm×厚み0.3mmの熱伝導シートの原片を得た。更に、得られた原片のサイズを縦15mm×横15mm×厚み0.3mmに整えることにより、熱伝導シートを得た。
なお、このようにして得られた熱伝導シートの挟着面は、外径が縦15mm×横15mmの四角形となり、面積は225mm2となる。
なお、木工用スライサーのナイフは、2枚の片刃が、切刃の反対側同士で接触し、表刃の刃先の最先端が裏刃の刃先の最先端よりも0.5mm高くスリット部からの突出長さ0.11mmに配置され、表刃の刃角21°である2枚刃のものを用いた。
そして、得られた熱伝導シートについて、上述の測定方法に従って、熱伝導率およびアスカーC硬度を測定した。結果を表1に示す。
発熱体として、IGBT搭載パワーモジュール(STMicroelectronics社製、型番「STGE200NB60S」、表面凹凸:30μm、表面凹凸形状:凹型)を準備した。ここで、当該発熱体の表面凹凸および表面凹凸形状については、上述の測定方法に従って、測定、決定した。結果を表1にも示す。
また、放熱体としてアルミニウム製のヒートシンク(キーナスデザイン製、製品名「PDS-100」、ペルチェ素子冷却、表面凹凸:5μm以下)を準備した。
なお、準備した発熱体の対向全体面は、外径が縦38mm×横25mmの四角形、面積が950mm2であり、準備した放熱体の対向全体面は、外径が縦50mm×横50mmの四角形、面積が2500mm2であった。また、発熱体および放熱体の被着面の面積は950mm2であった。
そして、製造された放熱装置について、上述の測定方法に従って、熱抵抗の値を測定した。結果を表1に示す。
放熱装置の製造において、発熱体の種類を、実施例1とは異なる種類のIGBT搭載パワーモジュール(Vishay社製、型番「VS-GA200SA60UP」、表面凹凸:10μm、表面凹凸形状:凹型)に変更した以外は実施例1と同様にして、熱伝導シート用組成物、プレ熱伝導シート、熱伝導シート、および放熱装置を製造した。なお、準備した発熱体の対向全体面は、外径が縦38mm×横25mmの四角形、面積は950mm2であり、準備した放熱体の対向全体面は、外径が縦50mm×横50mmの四角形、面積は2500mm2であった。また、発熱体および放熱体の被着面の面積は950mm2であった。
そして、実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
放熱装置の製造において、発熱体の種類を、実施例1とは異なる種類のIGBT搭載パワーモジュール(IXYS社製、型番「IXYN80N90C3H1」、表面凹凸:40μm、表面凹凸形状:凸型)に変更した以外は実施例1と同様にして、熱伝導シート用組成物、プレ熱伝導シート、熱伝導シート、および放熱装置を製造した。なお、準備した発熱体の対向全体面は、外径が縦38mm×横25mmの四角形、面積は950mm2であり、準備した放熱体の対向全体面は、外径が縦50mm×横50mmの四角形、面積は2500mm2であった。また、発熱体および放熱体の被着面の面積は950mm2であった。
そして、実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
熱伝導シート用組成物の調製において、以下の通り組成物を調製した。
また、放熱装置の製造において、発熱体の種類を、実施例1とは異なる種類のIGBT搭載パワーモジュール(Vishay社製、型番名「VS-GA200SA60UP」、表面凹凸:10μm、表面凹凸形状:凹型)に変更した以外は実施例1と同様にして、熱伝導シート用組成物、プレ熱伝導シート、熱伝導シート、および放熱装置を製造した。なお、準備した発熱体の対向全体面は、外径が縦38mm×横25mmの四角形、面積は950mm2であり、準備した放熱体の対向全体面は、外径が縦50mm×横50mmの四角形、面積は2500mm2であった。また、発熱体および放熱体の被着面の面積は950mm2であった。
そして、実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
<熱伝導シート用組成物の調製>
繊維状炭素材料としての、繊維状の炭素ナノ構造体の易分散性集合体を0.1質量部と、粒子状炭素材料としての膨張化黒鉛(伊藤黒鉛工業株式会社製、商品名「EC-100」、平均粒子径:190μm)を50質量部と、樹脂としての常温で液体の熱可塑性フッ素樹脂(ダイキン工業株式会社製、商品名「ダイエルG-101」)100質量部とを、ホバートミキサー(株式会社小平製作所製、商品名「ACM-5LVT型」)に投入し、温度80℃まで昇温、維持し、30分間撹拌混合した。当該混合により、常温で液体の熱可塑性フッ素樹脂と、膨張化黒鉛と、繊維状の炭素ナノ構造体(SGCNT)とを含む、熱伝導シート用組成物を得た。そして、得られた組成物をワンダークラッシュミル(大阪ケミカル株式会社製、製品名「D3V-10」)に投入して、1分間解砕した。
熱伝導シートの作製において、積層体を縦60mm×横60mm×厚み1.3mmのサイズにスライスして熱伝導シートの原片を得た。また、得られた原片のサイズを縦15mm×横15mm×厚み1.3mmに整えて熱伝導シートを得た以外は実施例4と同様にして、熱伝導シート用組成物、プレ熱伝導シート、熱伝導シート、および放熱装置を製造した。なお、このようにして得られた熱伝導シートの挟着面は、外径が縦15mm×横15mmの四角形となり、面積は225mm2となる。
そして、実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
熱伝導シートの作製において、得られた原片のサイズを縦25mm×横25mm×厚み0.3mmに整えて熱伝導シートを得た以外は実施例1と同様にして、熱伝導シート用組成物、プレ熱伝導シート、熱伝導シート、および放熱装置を製造した。なお、このようにして得られた熱伝導シートの挟着面は、外径が縦25mm×横25mmの四角形となり、面積は625mm2となる。
そして、実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
比較例1~4は、主に、上記実施例1~4と、放熱装置の熱抵抗をそれぞれ比較するための例である。
熱伝導シートの作製において、原片のサイズを縦38mm×横25mm×厚み0.3mmに整えて熱伝導シートを得た。なお、このようにして得られた熱伝導シートの挟着面は、外径が縦38mm×横25mmの四角形となり、面積は950mm2となる。
また、放熱装置の製造において、熱伝導シートが発熱体の放熱体と向かい合う側の面全体を覆うように、発熱体の上に熱伝導シートを貼り合わせた以外はそれぞれ実施例1~4と同様にして、熱伝導シート用組成物、プレ熱伝導シート、熱伝導シート、および放熱装置を製造した。
そして、実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
比較例5は、主に、上記実施例5と、放熱装置の熱抵抗を比較するための例である。
熱伝導シートの作製において、得られた原片のサイズを縦38mm×横25mm×厚み1.3mmに整えて熱伝導シートを得た。なお、このようにして得られた熱伝導シートの挟着面は、外径が縦38mm×横25mmの四角形となり、面積は950mm2となる。
更に、放熱装置の製造において、熱伝導シートが発熱体の放熱体と向かい合う側の面全体を覆うように、発熱体の上に熱伝導シートを貼り合わせた以外は実施例5と同様にして、熱伝導シート用組成物、プレ熱伝導シート、熱伝導シート、および放熱装置を製造した。
そして、実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
比較例6は、主に、上記実施例6と、放熱装置の熱抵抗を比較するための例である。
熱伝導シートの作製において、原片のサイズを縦38mm×横25mm×厚み0.3mmに整えて熱伝導シートを得た。なお、このようにして得られた熱伝導シートの挟着面は、外径が縦38mm×横25mmの四角形となり、面積は950mm2となる。
また、放熱装置の製造において、熱伝導シートが発熱体の放熱体と向かい合う側の面全体を覆うように、発熱体の上に熱伝導シートを貼り合わせた以外は実施例6と同様にして、熱伝導シート用組成物、プレ熱伝導シート、熱伝導シート、および放熱装置を製造した。
そして、実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
熱伝導シートを作製することなく、実施例1に記載した方法で作製した熱伝導シートに替えて、市販の熱伝導シート(デンカ株式会社製、型番「FSL-050B」、外径:縦15mm×横15mm×厚み0.5mmに調整)を使用した以外は実施例1と同様にして放熱装置を製造した。なお、このようにして得られた熱伝導シートの挟着面は、外径が縦15mm×横15mmの四角形となり、面積は225mm2となる。
そして、実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
熱伝導シートを作製することなく、実施例1に記載した方法で作製した熱伝導シートに替えて、市販の熱伝導シート(デンカ株式会社製、型番「FSL-050B」、外径:縦15mm×横15mm×厚み0.5mmに調整)を使用した。なお、このようにして得られた熱伝導シートの挟着面は、外径が縦15mm×横15mmの四角形となり、面積は225mm2となる。
また、放熱装置の製造において、発熱体の種類を、実施例1とは異なる種類のIGBT搭載パワーモジュール(Vishay社製、型番「VS-GA200SA60UP」、表面凹凸:10μm、表面凹凸形状:凹型)に変更した以外は実施例1と同様にして放熱装置を製造した。なお、準備した発熱体の対向全体面は、外径が縦38mm×横25mmの四角形、面積は950mm2であり、準備した放熱体の対向全体面は、外径が縦50mm×横50mmの四角形、面積は2500mm2であった。また、発熱体および放熱体の被着面の面積は950mm2であった。
そして、実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
熱伝導シートを作製することなく、実施例1に記載した方法で作製した熱伝導シートに替えて、市販の熱伝導シート(デンカ株式会社製、型番「FSL-050B」、外径:縦15mm×横15mm×厚み0.5mmに調整)を使用した。なお、このようにして得られた熱伝導シートの挟着面は、外径が縦15mm×横15mmの四角形となり、面積は225mm2となる。
また、放熱装置の製造において、発熱体の種類を、実施例1とは異なる種類のIGBT搭載パワーモジュール(IXYS社製、型番名「IXYN80N90C3H1」、表面凹凸:40μm、表面凹凸形状:凸型)に変更した以外は実施例1と同様にして放熱装置を製造した。なお、準備した発熱体の対向全体面は、外径が縦38mm×横25mmの四角形、面積は950mm2であり、準備した放熱体の対向全体面は、外径が縦50mm×横50mmの四角形、面積は2500mm2であった。また、発熱体および放熱体の被着面の面積は950mm2であった。
そして、実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
比較例10~12は、主に、上記比較例7~9と、放熱装置の熱抵抗をそれぞれ比較するための例である。
熱伝導シートを作製することなく、市販の熱伝導シートのサイズを縦38mm×横25mm×厚み0.5mmに整えて熱伝導シートとして使用した。なお、このようにして得られた熱伝導シートの挟着面は、外径が縦38mm×横25mmの四角形となり、面積は950mm2となる。
また、放熱装置の製造において、熱伝導シートが発熱体の放熱体と向かい合う側の面全体を覆うように、発熱体の上に熱伝導シートを貼り合わせた以外はそれぞれ比較例7~9と同様にして放熱装置を製造した。
そして、実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
また、所定以上の高い熱伝導率を有する熱伝導シートを使用し、且つ、熱伝導シートの挟着面の面積を発熱体および放熱体の被着面の面積よりも小さくした実施例1~6では、それぞれ同じ熱伝導シートを使用し、且つ、熱伝導シートの挟着面の面積を被着面の面積と同じにした比較例1~6と比べ、全ての比較パターン(例えば、実施例1および比較例1~実施例6および比較例6の各パターン)において、熱抵抗の値が低下し、放熱装置の放熱性が向上していることが分かる。
一方、熱伝導シートの熱伝導率が所定未満である比較例7~12の場合は、熱伝導シートの挟着面の面積を被着面の面積よりも小さくした比較例7~9では、それぞれ熱伝導シートの挟着面の面積を被着面の面積と同じにした比較例10~12と比べ、熱抵抗の値が増大し、放熱装置の放熱性が悪化していることが分かる。
Claims (7)
- 発熱体と、放熱体と、前記発熱体および前記放熱体の間に挟着された熱伝導シートと、を備える放熱装置であって、
前記熱伝導シートの厚み方向の熱伝導率が15W/m・K以上であり、
前記熱伝導シートの挟着面の面積が、前記発熱体および前記放熱体の被着面の面積よりも小さく、
前記発熱体の被着面の表面凹凸が25μm以上35μm以下であり、前記放熱体の被着面の表面凹凸が5μm以下であることを特徴とする、放熱装置。 - 前記熱伝導シートの、25℃におけるアスカーC硬度が30以上である、請求項1に記載の放熱装置。
- 前記熱伝導シートの厚みが2.0mm以下である、請求項1または2に記載の放熱装置。
- 前記発熱体および前記放熱体の被着面の面積に対する、前記熱伝導シートの挟着面の面積の割合が10%以上70%以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の放熱装置。
- 前記熱伝導シートが樹脂と炭素材料とを含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の放熱装置。
- 前記樹脂が熱可塑性樹脂を含む、請求項5に記載の放熱装置。
- 前記熱可塑性樹脂が熱可塑性フッ素樹脂を含む、請求項6に記載の放熱装置。
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