JPWO2018142879A1 - 熱伝導シートおよび多重熱伝導シート - Google Patents

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Abstract

発熱量の大きい発熱部品を備え、折り曲げ可能な電子機器に搭載可能な熱伝導シートに関する。本開示の熱伝導シートは、グラファイトシートと、グラファイトシートの一方の面側に設けられている第1保護フィルムと、グラファイトシートの他方の面側に設けられている第2保護フィルムとを有する放熱シートを備る。放熱シートは折り曲げられている折り曲げ部と、折り曲げ部を介して繋がりかつ互いに上面視で重なる第1放熱部と第2放熱部とを有し、第1放熱部と第2放熱部との間には第1放熱部と第2放熱部とが接着していない第1非接着領域を有する。

Description

発熱部品から発生した熱を放熱するための熱伝導シートおよび多重熱伝導シートに関する。
近年、各種電子機器に搭載される発熱部品は発熱量が大きくなっている。この発熱による影響で電子機器は作動に支障をきたす可能性が高くなっている。
発熱部品から発生した熱を放熱する熱伝導シートとしては特許文献1があげられる。
特開2012−160503号公報
特許文献1に記載された複合フィルムは、グラファイトシート層を複数重ね合わせることで放熱性を高めている。しかしながら、単に複数のグラファイトシートの層を重ね合わせただけではグラファイトシート層とグラファイトシート層の間にある層および空間があるため熱が伝わりにくく放熱性が低い。
また、複合フィルムの屈曲性に関しては記載されていない。
本開示の熱伝導シートは、グラファイトシートと、グラファイトシートの一方の面側に設けられている第1保護フィルムと、グラファイトシートの他方の面側に設けられている第2保護フィルムとを有する放熱シートを備える。放熱シートは、折り曲げられている折り曲げ部と、折り曲げ部を介して繋がりかつ互いにグラファイトシートの主面に対し垂直な方向からみて重なる第1放熱部と第2放熱部とを有する。第1放熱部と第2放熱部との間には第1放熱部と第2放熱部とが接着していない第1非接着領域を有する。
本開示の熱伝導シートは、上記の構成により屈曲性が高く、かつ第1放熱部に伝わった熱が折り曲げ部を介して第2放熱部に伝わるため、高い放熱性を実現することができる。
図1は、本開示の第1の実施形態に係る熱伝導シートの上面図である。 図2は、図1における熱伝導シートを2−2線に沿って切ったときの断面図である。 図3は、本開示の第2の実施形態に係る多重熱伝導シートの断面図である。 図4は、同第3の実施形態に係る多重熱伝導シートの断面図である。 図5は、同第4の実施の形態に係る熱伝導シートの断面図である。 図6は、同第5の実施の形態に係る熱伝導シートの断面図である。 図7は、同第6の実施の形態に係る熱伝導シートの断面図である。 図8は、同第7の実施形態に係る熱伝導シートの断面図である。 図9は、図8の熱伝導シートを折り曲げた時の断面図である。 図10は、同第8の実施形態に係る熱伝導シートの断面図である。
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。なお、以下では、全ての図を通じて同一または相当する要素には同じ符号を付して、その重複する説明を省略する。
従来、高い放熱性を実現させるために複数のグラファイトシートを重ね合わせた熱伝導シートが検討されてきた。
加えて近年、高い屈曲性を有する熱伝導シートが要望されている。このような熱伝導シートは、例えばノートPC等の折りたたみ機能を備える電子機器、または次世代の折り曲げ可能なディスプレーを有するスマートフォン等に有用な可能性がある。
しかしながら、高い放熱性を実現させることを目的に単にグラファイトシートを重ね合わせただけでは上述したような高い屈曲性を有する熱伝導シートを実現することはできない。
以下、高い屈曲性とは折り曲げによって生じる破壊または異材間での剥離が起きにくい作用効果を意味する。
<熱伝導シートについて>
(第1の実施の形態)
図1は本開示の第1の実施形態に係る熱伝導シートにおける上面図である。図2は図1における熱伝導シート100の、2−2線に沿って切ったときの断面図である。
熱伝導シート100は、グラファイトシート11と、グラファイトシート11の一方の面側に設けられている保護フィルム12aと、一方の面側とは反対側の他方の面側に設けられている保護フィルム12bとを備える放熱シート30を有する。この放熱シート30は、折り曲げ部10aで折り曲げられ、互いに重なる放熱部10bと放熱部10cとを有する。折り曲げ部10a、放熱部10bおよび放熱部10cはいずれもグラファイトシート11、保護フィルム12aおよび保護フィルム12bを有する。保護フィルム12aは折り曲げ部10aにより内側に折り曲げられ、保護フィルム12bは折り曲げ部10aにより外側に折り曲げられている。
熱伝導シート100は、放熱部10bおよび放熱部10cが接着層15により接着されることで形状が保持されている。
放熱部10bと放熱部10cとは、折り曲げ部10aを介して繋がっている。
熱伝導シート100は、上面視で、接着層15に重なる接着層16と、接着層16と同一平面上に接着層17を有する。熱伝導シート100は、接着層16および接着層17により基板20に貼り付けられる。この構成により、熱伝導シート100は、折り曲げ部10aを介して例えば放熱部10bから放熱部10cに熱が伝わるため高い放熱性を実現することができる。一方、特許文献1に開示された熱伝導シートは、単に複数のグラファイトシートの層を重ねた構成であり折り曲げ部がないために放熱性が低い。
なお、ここで上面視とは、放熱部10bの上側で、かつ放熱部10bの主面に対し垂直な方向からみた眺めのことをいう。例えば、図2において、放熱部10bからみて放熱部10cとは反対側からみた眺めが上面視である。
また、熱伝導シート100は、放熱部10bと放熱部10cとの間に放熱部10bと放熱部10cとが接着していない非接着領域14を有する。ここで放熱部10bと放熱部10cとが接着していないとは、放熱部10bと放熱部10cとの間に空間を有する構成または放熱部10bと放熱部10cとが接触している構成を意味する。非接着領域14は、上面視で折り曲げ部10aと接着層16の間に設けられる。
この構成により、本開示の熱伝導シート100は、基板20と同時に熱伝導シート100を折り曲げたとしても熱伝導シート100が破壊されることなくまたは各異材間で剥離を起こすことなく高い屈曲性を実現することができる。
熱伝導シート100は、放熱部10bの外周端部と放熱部10cの外周端部とが上面視で互いに重なる重なり端部を有する。この重なり端部は、折り曲げ部10aと接続する重なり端部13aと、重なり端部13aと接続する重なり端部13bと、重なり端部13bと折り曲げ部10aとのそれぞれに接続する折り曲げ部10cを有する。重なり端部13bは、上面視で接着層15と接着層16に重なる。また非接着領域14の一部は上面視で重なり端部13aと重なり端部13bのそれぞれに重なる。
また、接着層17は、上面視で非接着領域14の一部を介して折り曲げ部10aとの間に設けられる構成が好ましい。この構成により、熱伝導シート100が方向Dに折り曲げられたとしてもそれに応じて折り曲げ部10aが引張られ、熱伝導シート100の各部材にかかる応力を低減することができ、高い屈曲性を実現することができる。
また、保護フィルム12bの面積は、保護フィルム12aの面積よりも小さいほうが好ましい。すなわち、保護フィルム12aに対して熱伝導シートの内側に設けられる保護フィルム12bの面積を小さくすることで、折り曲げ部10aとは反対側の熱伝導シート100の端部で保護フィルム12aと保護フィルム12bが揃った構成になる。
グラファイトシート11と保護フィルム12aとは、例えば基材の両面に粘着材を有する両面テープにより貼り付けられている。グラファイトシート11および保護フィルムと12bも同様の両面テープにより貼り付けられている。両面テープの基材としては、例えばポリエチレンテレフタレート(以下、PETと記す)からなり、粘着材はアクリル系の粘着材からなる。両面テープの厚みは例えば6μmである。この場合、基材の厚みは2μmであり、それぞれの粘着材の厚みは2μmである。
保護フィルム12aおよび保護フィルム12bの材質としてはポリイミドが好ましい。ポリイミドは、PETよりも高い屈曲性と、高い耐熱性を有する。保護フィルム12aおよび保護フィルム12bの厚みとしては、例えば10μmである。
グラファイトシート11は、例えば高分子を熱分解してなる熱分解グラファイトシートからなり、その厚みは25μmである。高分子を熱分解してなる熱分解グラファイトシートは、熱伝導の方向に異方性を有し、面方向の熱伝導率は厚み方向の熱伝導率よりも高い。グラファイトシート11における面方向の熱伝導率は1600W/mKである。
<多重熱伝導シートについて>
より多くの熱伝導シート100を重ね合わせることで、より高い放熱性を実現することができる。しかしながら、より多くの熱伝導シート100を重ね合わせると、折り曲げ時にかかる応力もまた大きくなり、破壊または異材間での剥離が起きやすくなり屈曲性が低くなる。
(第2の実施の形態)
図3は本開示の第2の実施形態に係る多重熱伝導シートにおける断面図である。この多重熱伝導シートの上面図は、図1と同様である。
多重熱伝導シート200は、2つの熱伝導シート100を重ね合わせた構成である。この構成により、多重熱伝導シート200は1つの熱伝導シート100よりもさらに高い放熱性を実現することができる。なお、本開示の多重熱伝導シート200としては、2つの熱伝導シート100を重ね合わせた構成で説明するが、熱伝導シート100を重ね合わせる数については特に限定されるものではない。
多重熱伝導シート200は、2つの折り曲げ部10aが上面視で重なる構成である。2つの熱伝導シート100は、一方の熱伝導シート100における接着層16および接着層17により接着されている。
なお、ここで上面視とは、放熱部10bの上側で、かつ放熱部10bの主面に対し垂直な方向からみた眺めのことをいう。例えば、図3において、放熱部10bからみて放熱部10cとは反対側からみた眺めが上面視である。
2つの熱伝導シート100の間には2つの熱伝導シート100が互いに接着していない非接着領域18を有する。非接着領域18は、上面視で接着層16と、接着層17との間にある。さらに非接着領域18の一部は、重なり端部13aと重なり端部13cのそれぞれに重なり、多重熱伝導シート200の端部に露出する。また、非接着領域18と、2つの非接着領域14とはそれぞれが重なる。
この構成により、多重熱伝導シート200は高い放熱性と、高い屈曲性を実現することができる。
(第3の実施形態)
図4は本開示の第3の実施形態に係る多重熱伝導シートにおける断面図である。この多重熱伝導シートの上面図は、図1と同様である。
多重熱伝導シート300は、2つの熱伝導シート100を重ね合わせた構成である。熱伝導シート100を2つ重ね合わせることで、さらに高い放熱性を実現することができる。なお、本開示の多重熱伝導シート300としては、2つの熱伝導シート100を重ね合わせた構成で説明するが、熱伝導シート100を重ね合わせる数については特に限定されるものではない。
多重熱伝導シート300は、2つの折り曲げ部10aが上面視で重ならない構成である。すなわち、2つの折り曲げ部10aはそれぞれ多重熱伝導シート300の反対側に位置する。言い換えれば、上面視で2つの折り曲げ部10aの間には非接着領域18と、2つの非接着領域14とが位置する。
この構成により、多重熱伝導シート300は高い放熱性と、高い屈曲性を実現することができる。
<熱伝導シートについて>
(第4の実施形態)
図5は本開示の第4の実施形態に係る熱伝導シートにおける断面図である。
熱伝導シート400は、熱伝導シート100の保護フィルム12bがない構成である。熱伝導シート400においても高い屈曲性を実現することができる。
(第5の実施形態)
図6は本開示の第5の実施形態に係る熱伝導シートにおける断面図である。
熱伝導シート500は、熱伝導シート100における保護フィルム12aおよび保護フィルム12bがない構成である。熱伝導シート500においても高い屈曲性を実現することができる。
(第6の実施形態)
図7は本開示の第6の実施形態に係る熱伝導シートにおける断面図である。
熱伝導シート600は、第1のグラファイトシート11aと第2のグラファイトシート11bを所定の間隔を空けて保護フィルム12bと保護フィルム12aで挟んで貼り合せた放熱シートを有している。この放熱シートを第1のグラファイトシート11aと第2のグラファイトシート11bとの間の保護フィルムどうしが接着された領域で折り曲げ、第1のグラファイトシート11aと第2のグラファイトシート11bが重なるようにする。この折り曲げた部分を折り曲げ部10aとする。第1のグラファイトシート11aおよび第2のグラファイトシート11bの折り曲げ部10aとは反対側の領域で接着層15によりお互いに接着されている。この接着層15は例えばPETフィルムの両面にアクリル系の粘着材を設けた両面テープを用いることができる。この接着層15は保護フィルムの全面に設けるのではなく、接着層15と折り曲げ部10aとの間に保護フィルムどうしが接着されていない第1非接着領域14が設けられている。
熱伝導シート600は、上面視で、接着層15に重なる接着層16と、接着層16と同一平面上に接着層17を有する。例えば接着層16は発熱部品に接着され、接着層17は放熱部に接着される。この発熱部品と放熱部が別々の基板あるいは筐体に設けられ、それぞれの基板が折り曲げ可能な構成となることがある。この場合全面に積層接着されたシートを折り曲げると、外側と内側で曲げられる径に差が出てくるため、シート間に大きな歪が加わり、破壊に至る可能性がある。
これに対して本実施の形態の構成をとり、第1非接着領域14の領域で折り曲げを行なうようにすることにより、折り曲げ部10aが歪を緩和するように動くことで、高い屈曲性を有する熱伝導シートを得ることができる。
なおここで上面視とは、第2のグラファイトシート11bの上側で、かつ第2のグラファイトシートの主面に対し垂直な方向からみた眺めのことをいう。例えば、図8において、第2のグラファイトシート11bからみて第1のグラファイトシート11aとは反対側からみた眺めが上面視である。
(第7の実施形態)
図8は、本開示の第7の実施形態に係る熱伝導シートにおける断面図、図9はこの熱伝導シートを折り曲げたときの状態を示す断面図である。
熱伝導シート700は、第1のグラファイトシート11aを保護フィルム12aと保護フィルム12bで挟んで貼り合せて第1放熱部を構成し、第2のグラファイトシート11bを保護フィルム12cと保護フィルム12dで挟んで貼り合せて第2放熱部を構成している。
第1放熱部の端部と第2放熱部の端部とは第1接着層でお互いに接着され、第1放熱部のもう一方の端部と第2放熱部のもう一方の端部とは接続部材21で接続されている。この接続部材21は、第1放熱部および第2放熱部よりも伸び率の大きなものが用いられている。ここで伸び率とは、同じ形状のシートを破壊限界以下の力で引っ張ったときの伸び量を比較したものである。接続部材21としては、例えばポリエチレン、ウレタンゴム、シリコーン等のシートを用いることができる。
図9は、図8の熱伝導シート700を曲げ軸22に沿って曲げた状態の断面図である。曲げ軸22が第1非接着領域14の部分に当たるようにして、曲げている。接続部材21側では保護フィルムどうしは接着されていないため、接続部材21が図9のように変形し、放熱部への歪を小さくすることができる。
(第8の実施形態)
図10は、本開示の第8の実施形態に係る熱伝導シートにおける断面図である。
図8の熱伝導シートでは第1のグラファイトシート11a、第2のグラファイトシート11bを保護フィルムで挟んで貼り合せていたが、図10の熱伝導シート800は保護フィルムを用いずに、以下の構成を備えるようにしている。すなわち、第1のグラファイトシート11aの端部と第2のグラファイトシート11bの端部とは第1接着層15でお互いに接着されている。第1のグラファイトシート11aのもう一方の端部と第2のグラファイトシート11bのもう一方の端部とは、接続部材21で接続され、第1接着層15と接続部材21との間には第1非接着領域14を有するように構成している。このようにすることにより、さらに熱伝導性に優れた熱伝導シートを得ることができる。
なお、第1接着層15は曲げる領域に達しないところまでであれば、図10のように、第1接着層15よりも大きくしてもかまわない。このようにすることにより、さらに熱伝導性に優れた熱伝導シートを得ることができる。
本開示の熱伝層シートおよび多重熱伝導シートは、高い放熱性と高い屈曲性が必要な各種電子機器に有用である。
100 熱伝導シート
10a 折り曲げ部
10b 放熱部
10c 放熱部
11 グラファイトシート
11a 第1のグラファイトシート
11b 第2のグラファイトシート
12a 保護フィルム
12b 保護フィルム
12c 保護フィルム
12d 保護フィルム
13a 重なり端部
13b 重なり端部
13c 重なり端部
14 非接着領域
15 接着層
16 接着層
17 接着層
18 非接着領域
20 基板
21 接続部材
22 曲げ軸
30 放熱シート
200 多重熱伝導シート
300 多重熱伝導シート
400 熱伝導シート
500 熱伝導シート
600 熱伝導シート
700 熱伝導シート
800 熱伝導シート

Claims (17)

  1. 放熱シートと、第1非接着領域と、を備えた熱伝導シートであって、
    前記放熱シートは、
    グラファイトシートと、
    前記グラファイトシートの一方の面側に設けられている第1保護フィルムと、
    前記グラファイトシートの他方の面側に設けられている第2保護フィルムと、を有するとともに、
    折り曲げ部と、前記折り曲げ部を介して繋がる第1放熱部および第2放熱部と、を有し、
    前記第1非接着領域は、
    前記第1放熱部と前記第2放熱部との間に、前記第1放熱部と前記第2放熱部とが接着しないで設けられた空隙を有し、
    前記第1放熱部の主面に対し垂直な方向からみて、前記第1放熱部と前記第2放熱部とが重なる、
    熱伝導シート。
  2. 前記第1放熱部と前記第2放熱部との間には前記第1放熱部と前記第2放熱部とを接着する第1接着層をさらに備える、
    請求項1に記載の熱伝導シート。
  3. 前記第1非接着領域は、前記垂直な方向からみて、前記折り曲げ部と前記第1接着層との間に配置された、
    請求項2に記載の熱伝導シート。
  4. 前記第1放熱部の外周端部と前記第2放熱部の外周端部とが前記垂直な方向からみて互い重なる重なり端部において、
    前記重なり端部は、
    前記折り曲げ部と接続する第1重なり端部と、
    前記第1重なり端部に接続する第2重なり端部と、
    前記第2重なり端部と前記折り曲げ部とにそれぞれ接続する第3重なり端部と、
    を有し、
    前記第2重なり端部は、前記垂直な方向からみて前記第1接着層と重なり、
    前記第1非接着領域の一部は、前記垂直な方向からみて前記第1重なり端部と前記第3重なり端部に重なる、
    請求項3に記載の熱伝導シート。
  5. 前記第1保護フィルムは、前記折り曲げ部により内側に折り曲げられ、
    前記第2保護フィルムは、前記折り曲げ部により外側に折り曲げられ、
    前記第2保護フィルムの表面には、
    前記垂直な方向からみて前記第1接着層に重なる第2接着層と、
    前記第2接着層と同一の平面上に配置された第3接着層と、
    をさらに備え、
    前記第3接着層は、前記垂直な方向からみて前記第1非接着領域の一部を介して前記折り曲げ部との間に位置する、
    請求項3に記載の熱伝導シート。
  6. 前記第1保護フィルムの面積は、前記第2保護フィルムの面積よりも小さい、
    請求項5に記載の熱伝導シート。
  7. 請求項4に記載の熱伝導シートを複数重ねてなる多重熱伝導シートであって、
    前記複数の熱伝導シートは、
    第1熱伝導シートと、
    前記垂直な方向からみて前記第1熱伝導シートに重なる第2熱伝導シートとを有し、
    前記第2熱伝導シートは、
    前記第1熱伝導シートにおける前記第2接着層と、前記第3接着層とにより接着し、
    前記第1熱伝導シートと前記第2熱伝導シートとの間には前記第1熱伝導シートと前記第2熱伝導シートが接着していない第2非接着領域を有し、
    前記第2非接着領域は、前記垂直な方向からみて前記第2接着層と前記第3接着層との間にあり、
    前記第2非接着領域の一部は、前記第1重なり端部と前記第3重なり端部に重なる、
    多重熱伝導シート。
  8. 前記第2非接着領域は、前記垂直な方向からみて前記第1非接着領域と重なる、
    請求項7に記載の多重熱伝導シート。
  9. 前記第1熱伝導シートの前記折り曲げ部と、前記第2熱伝導シートの前記折り曲げ部とは前記垂直な方向からみて重なる、
    請求項8に記載の多重熱伝導シート。
  10. 前記第1熱伝導シートの前記折り曲げ部と、前記第2熱伝導シートの前記折り曲げ部との間には、上面視で前記第1非接着領域と前記第2非接着領域を有する、
    請求項7に記載の多重熱伝導シート。
  11. グラファイトシートを有する放熱シートであって、
    前記放熱シートは、
    折り曲げ部と、
    前記折り曲げ部を介して繋がりかつ互いにグラファイトシートの主面に対し垂直な方向からみて重なる第1放熱部と第2放熱部とを有し、
    前記第1放熱部と前記第2放熱部との間には、
    前記第1放熱部と前記第2放熱部とを接着する第1接着層と、
    前記第1放熱部と前記第2放熱部とを接着しない第1非接着領域とを有する、
    熱伝導シート。
  12. グラファイトシートと、
    前記グラファイトシートの一方の面側に設けられている第1保護フィルムとを有する、放熱シートを備え、
    前記放熱シートは、
    折り曲げ部と、
    前記折り曲げ部を介して繋がりかつ互いに重なる第1放熱部と第2放熱部とを有する、
    熱伝導シート。
  13. 前記第1保護フィルムは、前記折り曲げ部により内側に折り曲げられている、
    請求項12に記載の熱伝導シート。
  14. 前記第1保護フィルムは、前記折り曲げ部により外側に折り曲げられている、
    請求項12に記載の熱伝導シート。
  15. 第1のグラファイトシートと第2のグラファイトシートを、所定の間隔を空けて第1保護フィルムと第2保護フィルムで挟んで貼り合せた放熱シートを備え、
    前記放熱シートは、前記第1のグラファイトシートと前記第2のグラファイトシートとの間の領域で折り曲げられた折り曲げ部を有し、
    前記第1のグラファイトシートの領域の前記第1保護フィルムの一部と前記第2のグラファイトシートの領域の前記第1保護フィルムの一部とが第1接着層によって接着され、
    前記第1接着層の領域と前記折り曲げ部との間に、前記第1のグラファイトシートの領域の前記第1保護フィルムと前記第2のグラファイトシートの領域の前記第1保護フィルムとが接着されていない第1非接着領域を有する、
    熱伝導シート。
  16. 第1のグラファイトシートを第1保護フィルムと第2保護フィルムで挟んで貼り合せた第1放熱部と、
    第2のグラファイトシートを第3保護フィルムと第4保護フィルムで挟んで貼り合せた第2放熱部とを有し、
    前記第1放熱部の端部と前記第2放熱部の端部とは第1接着層でお互いに接着され、
    前記第1放熱部のもう一方の端部と前記第2放熱部のもう一方の端部とは、前記第1放熱部および前記第2放熱部よりも伸び率の大きな接続部材で接続され、
    前記第1接着層と前記接続部材との間には第1非接着領域を有する、
    熱伝導シート。
  17. 第1のグラファイトシートと第2のグラファイトシートが重なり、
    前記第1のグラファイトシートの端部と前記第2のグラファイトシートの端部とは第1接着層でお互いに接着され、
    前記第1のグラファイトシートのもう一方の端部と前記第2のグラファイトシートのもう一方の端部とは、前記第1のグラファイトシートおよび前記第2のグラファイトシートよりも伸び率の大きな接続部材で接続され、
    前記第1接着層と前記接続部材との間には第1非接着領域を有する、
    熱伝導シート。
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