WO2020175275A1 - 放熱部材 - Google Patents

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WO2020175275A1
WO2020175275A1 PCT/JP2020/006536 JP2020006536W WO2020175275A1 WO 2020175275 A1 WO2020175275 A1 WO 2020175275A1 JP 2020006536 W JP2020006536 W JP 2020006536W WO 2020175275 A1 WO2020175275 A1 WO 2020175275A1
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porous metal
carbon particles
heat dissipation
dissipation member
sheet
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川野　敏史
平原　聡
慎治 森竹
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08—Alloys with open or closed pores
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/20—Arrangements for cooling
    • H10W40/25—Arrangements for cooling characterised by their materials

Definitions

  • the present invention relates to a heat dissipation member used for releasing heat and preventing a temperature rise in various electronic devices, lighting devices, and the like.
  • a heat radiating member is used to diffuse heat generated from an electronic circuit such as I 0 and !_ _ 0 to prevent local temperature rise.
  • a metal having a high thermal conductivity such as copper (heat conductivity: about 400/ ⁇ ! [ ⁇ ) or aluminum (heat conductivity: about 240/[ ⁇ ) is usually used. Is used.
  • a graphite sheet is also used as the heat dissipation member. The thermal conductivity of some graphite sheets exceeds 100,000/ ⁇ . As described in Patent Document 1, the graphite sheet is manufactured by firing a resin such as polyimide at a high temperature.
  • Patent Document 2 describes a porous metal sintered body for reinforcing a light alloy member, which is obtained by mixing alloy powder and graphite powder into a mixed powder, compression-molding the mixed powder, and sintering the mixture. ing.
  • Patent Document 3 describes a method for producing a graphene metal composite by forming a film of graphene on a porous metal foam substrate by chemical vapor deposition and compressing the film to form a graphene metal composite. There is. Patent Document 3 describes that this graphene metal composite has excellent heat and electrical conductivity.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 1 0 _ 2 1 5 4 4 1
  • Patent Document 2 JP 2 0 0 3 _ 7 3 7 5 5 Publication
  • Patent Document 3 Special Table 2 0 1 8—5 3 6 6 1 7 Publication
  • the heat dissipation member In order to use for a small electronic device such as a smartphone, the heat dissipation member is required to have not only excellent thermal conductivity but also be lightweight and thin. ⁇ 2020/175 275 2 ⁇ (:171? 2020 /006536
  • the porous metal sintered body in Patent Document 2 is one in which an alloy and graphite are evenly distributed.
  • This porous metal sintered body is different from the heat dissipating member of the present invention in which pores of porous metal are filled with flaky graphite in terms of structure.
  • Patent Document 2 does not consider improving the thermal conductivity.
  • the graphene metal composite of Patent Document 3 has an extremely thin layer of graphene formed on the inner surface of the pores of the porous metal foam as shown in FIG. 3 of Patent Document 3. It is a thing. The effect of improving the thermal conductivity by combining carbon with metal is not sufficient.
  • the present invention provides a heat dissipation member that has a high thermal conductivity in all directions, is lightweight, has sufficient strength for handling, and can be efficiently manufactured without requiring a large amount of power or a long time.
  • the challenge is to provide.
  • the present inventor has found that the above problems can be solved by using a composite material in which flake graphite is filled in the pores of a porous metal.
  • the gist of the present invention is as follows.
  • a heat dissipation member in which the carbon particles contain flaky graphite contains flaky graphite.
  • the heat dissipation member according to any one of [1] to [5].
  • a method for manufacturing a heat dissipation member comprising the step of impregnating a porous metal with a dispersion liquid of carbon particles.
  • the heat dissipation member of the present invention made of a composite material in which pores of a porous metal are filled with carbon particles has the following excellent features.
  • a composite of carbon particles can be used as a lightweight heat dissipation member.
  • it can be used in contact with a curved heat source.
  • the base porous metal Since the base porous metal has electromagnetic wave shielding and sound absorbing properties, it can have both electromagnetic wave shielding and sound absorbing properties.
  • the heat dissipation member of the present invention has a porous metal and carbon particles filled in the pores of the porous metal, and the carbon particles contain flaky graphite.
  • the constituent material of the porous metal used in the present invention has a thermal conductivity of 100 /
  • ⁇ It is preferable to use a higher metal or alloy.
  • a high thermal conductivity metals e.g. ⁇ Li, eight ⁇ , eight 9, Hachiri, And so on.
  • those having a thermal conductivity higher than 200/ ⁇ and relatively inexpensive are preferable.
  • the porous metal may consist of an alloy of two or more of these metals.
  • the porosity of the porous metal used in the present invention is preferably 70% or more in order to reduce the weight of the heat dissipation member and to enclose a sufficient amount of carbon particles. It is preferably at least 75%, particularly preferably at least 80%, and most preferably at least 85%. On the other hand, ensure the mechanical strength of the heat dissipation member ⁇ 2020/175 275 5 ⁇ (: 171-1? 2020 /006536
  • the porosity of the porous metal is preferably 99% or less, more preferably 97% or less, and particularly preferably 95% or less.
  • the porosity of the porous metal is the mass IV! (9) of the porous metal and the apparent volume V ( ⁇
  • Porous metal constituent metal specific gravity port It is calculated from the following formula.
  • the average value of the pore diameters of the pores of the porous metal is 1 Or more, more preferably 0.08 ⁇ ! ⁇ ! or more, even more preferably 0.1 111 111 or more, and 0.1 2 Particularly preferably,
  • ⁇ .1 4 The above is most preferable.
  • the porous metal if the mouth 1 is too large, the porous metal will not be able to hold the carbon particles and defects will occur. It is preferable that The following is more preferable, and ⁇ . The following is more preferable, and ⁇ . It is particularly preferable that it is below, and it is most preferable that it is 0.5 111 01 or below.
  • the mean value 1 of the pore diameter of the porous metal is an optical microscope or a scanning electron microscope (
  • the pores of the porous metal are preferably continuous pores.
  • the holes penetrate from one surface of the sheet to the other surface.
  • the shape (planar shape) of the hole viewed from above the horizontally placed sheet may be circular or other shape such as square.
  • the porous metal sheet may have a form in which holes are formed in the metal sheet or a form in which fine metal wires are bonded.
  • the porous metal sheet may have a mesh shape.
  • the shape and dimensions of the heat dissipation member of the present invention vary depending on the application (application target). ⁇ 2020/175 275 6 ⁇ (:171? 2020 /006536
  • the porous metal that is the base of the heat dissipation member has a thickness of 2
  • the following sheet shape is preferable.
  • the thickness of the sheet-shaped porous metal is preferably 10 or more in order to obtain sufficient thermal conductivity.
  • the thickness of the sheet-shaped porous metal is preferably 20 or more from the viewpoint of ensuring mechanical strength during handling.
  • the method for producing such a porous metal is not particularly limited, but the following methods may be mentioned.
  • a method of applying slurry is preferable for manufacturing a sheet-shaped heat dissipation member.
  • Examples of the carbon particles include flaky graphite and fibrous graphite.
  • at least flaky graphite is used.
  • the use of flaky graphite having a strong intermolecular force is a preferable form because the basal surface of each particle and the particle and the metal surface can be bonded by the intermolecular force to improve the thermal conductivity.
  • the preferable lower limit of the thickness of the flaky graphite is 0.3 or more because the basal planes of the particles are bonded to each other.
  • the upper limit of the thickness of the flaky graphite is not particularly limited, for example, it is 7,000 n or less, preferably 3,000 n or less, more preferably 2,000 n or less, still more preferably 1,200 n or less, Even less than 100 n is more preferable, and 50 n The following is particularly preferable, and 25 n or less is particularly preferable.
  • flake graphite flake graphite having a thickness of 10 mm or less, so-called graphene, is most preferable.
  • average thickness 8 The following are preferred, and the thickness is more preferably 6 n or less, most preferably 4 n or less. ⁇ 2020/175 275 7 ⁇ (:171? 2020/006536
  • fibrous graphite examples include force-bon nanotubes and force-bon fibers.
  • the preferred diameter (fiber diameter) of fibrous graphite is 10 to 100 000 n Is.
  • the average pore diameter port 1 of the porous metal is sufficiently larger than the average value 02 of the maximum diameters of the carbon particles. Therefore, it is preferably ⁇ 1 3 02 X 1.2, more preferably 01 3 02 X 1.5, even more preferably 01 3 02 X 2, and particularly preferred 01 ⁇ 2 X 5 and 01 ⁇ 02 X 10 is most preferred.
  • the average pore size of the carbon particles is 0, and the average pore size of the porous metal is 0.
  • the average value 02 of the maximum diameter of carbon particles is preferably 0.1 or more, more preferably 1 or more, further preferably 30! or more, and 50! or more. It is particularly preferable to be present, and most preferable to be 10 or more.
  • the mouth 2 is preferably 500 or less, more preferably 200 or less, further preferably 100 or less, and 50 or less. Is particularly preferable, 40 or less is particularly preferable, and 20 or less is most preferable.
  • the maximum diameter of carbon particles means that when the carbon particles are sandwiched between two parallel plates,
  • the length of the largest diameter portion of the basal surface is the largest diameter.
  • the fiber length is the maximum diameter. ⁇ 2020/175 275 8 ⁇ (: 171? 2020 /006536
  • the average diameter port 2 of the maximum diameter of carbon particles is, for example, 20 or more carbon particles observed by a scanning electron microscope (3M IV! or a scanning probe microscope (3 1 ⁇ /1). It is calculated as the arithmetic mean of the measured values.
  • the thickness of 20 or more graphene particles was observed with a scanning electron microscope (3: 1 ⁇ /1) or a scanning probe microscope (3: 1 ⁇ /1). It can be determined as an arithmetic mean value of the measured values.
  • the carbon particles filled in the pores of the porous metal occupy 40% or more of the void volume of the porous metal. This ratio is more preferably 45% or more, further preferably 50% or more, and particularly preferably 55% or more. On the other hand, from the viewpoint of production, the proportion of carbon particles occupying the void volume of the porous metal is usually 95% or less.
  • the carbon atoms in the carbon particles are 9
  • the method for filling the carbon particles into the pores of the porous metal is not particularly limited, but the following method may be mentioned.
  • dispersion medium water, alcohols, acetone, etc. are used.
  • dispersion medium inexpensive and highly safe water and alcohols such as ethanol and isopropyl alcohol are preferable. If water is used, it will corrode the porous metal. ⁇ 2020/175 275 9 boxes (:171? 2020/006536
  • the concentration of carbon particles in the dispersion is not particularly limited, but from the viewpoint of efficiently infiltrating the dispersion into the pores of the porous metal and filling the carbon particles at a high filling rate, 0.1 to 5 It is preferable to set the content to about mass %.
  • a dispersant for assisting dispersion for example, manufactured by Mitsu 3 Co., Ltd. 1_1 " ⁇ n I ⁇ ? 1223)
  • Carbon particles are added to the dispersion liquid.
  • a binder for binding eg, carboxymethyl cellulose
  • these organic substances are added, the organic substances are removed by the subsequent heating and firing, and the places where the organic substances exist become voids. Therefore, from the viewpoint of thermal conductivity, it is preferable not to use these dispersants and binders.
  • heating may be performed at a temperature equal to or lower than the melting point of the porous metal in order to remove organic impurities such as a dispersant.
  • This heating temperature is usually about 100 to 800°.
  • the heat dissipation member can improve the heat transfer effect by contacting the heat source over a wide area. Therefore, it is preferable that the heat-radiating member of the present invention has a flat surface on the heat source side.
  • the porous metal is filled with the carbon particles by the above-mentioned impregnation method, the surface of the porous metal can be covered with the carbon particles to be flattened.
  • the heat dissipation member is used as an intermediate layer that thermally couples the two members, it is preferable that both surfaces of the heat dissipation member are flat.
  • the surface area of the heat dissipation member on the side opposite to the heat source can be increased by removing the carbon particles in the vicinity of the surface of the heat dissipation member on the side opposite to the heat source to expose the porous metal.
  • a protective film for preventing carbon particles from peeling off is formed on the surface of the heat dissipation member. ⁇ 2020/175 275 10 ⁇ (:171? 2020/006536
  • the protective film an organic or inorganic thin film having a thickness of 10 or less can be used.
  • a contact layer may be provided on one surface or both surfaces of the heat dissipation member in order to reduce thermal resistance when the heat dissipation member is in contact with a heat source, a heat sink, or the like.
  • the contact layer preferably has a high flexibility and a relatively high thermal conductivity in order to reduce the thermal resistance with the adjacent material.
  • the preferred thermal conductivity of the contact layer is 1
  • the contact layer be insulative in order to prevent short circuit of the electric member.
  • the contact layer can also serve as a protective layer.
  • Examples of the material of the contact layer include silicone resin, acrylic resin, and Titanium 01 ⁇ /1 (ethylene propylene diene rubber).
  • the contact layer has a lower thermal conductivity than the heat dissipation member, if the contact layer is too thick, the effect of the heat dissipation member decreases.
  • the thickness of the contact layer is preferably 1/30 or more and 1/5 or less of the thickness of the heat dissipation member.
  • the inside of the porous metal is, so to speak, formed of thin metal wires, and the particularly thin portion thereof has a large thermal resistance.
  • Examples 1 to 4 Copper porous metal sheet made by AS ONE Co., Ltd. " ⁇ Lee 1 ⁇ /1 ⁇ 30-port 50-1" (Dimension: 5001111X50111111 X thickness , Average pore size: ⁇ . Porosity: 91%)
  • Example 5 As One copper mesh (thickness: 0.3 Average pore size: 0
  • Example 6 Copper porous metal sheet made by As One Co., Ltd.
  • Comparative Example 3 Copper mesh manufactured by AS ONE (thickness: ⁇ . Average pore size: 1. :
  • Example 9 Aluminum punching sheet with holes evenly formed on the sheet surface (dimensions: 20111111X 20111111 Average pore size: 1. Aperture ratio/porosity: 34%)
  • Porous metal sheet (copper porous metal sheet manufactured by AS ONE Co., Ltd.) — ”C u — MF — 30 — II 5 Q — 1” (dimensions: 50 mmX50 mmX thickness 1 mm, average pore diameter: 0.52 mm, porosity: 91%)) was immersed.
  • a PET film with a thickness of 100 Mm was inserted as a spacer between the porous metal sheet and the Petri dish so that the carbon particle (Graphene) dispersion liquid also entered from the lower surface of the porous metal sheet.
  • the Petri dish was moved to a heating oven and heated at 80 ° C until all the isopropyl alcohol had evaporated. This process of placing the dispersion in a Petri dish and evaporating was repeated three times.
  • This composite sheet was placed in a heating oven and heated at 200°C for 1 hour to remove organic impurities, and used as a heat dissipation member.
  • This heat dissipation member was flexible and could be bent by hand.
  • the amount of carbon particles (Graphene) carried was 220, which was calculated from the difference in mass between the carbon particles (Graphene) porous metal sheet before being filled and the carbon particles (Graphene) after being filled. It was mg.
  • the volume ratio of carbon particles (Graphene) occupying the void volume of the porous metal sheet was calculated to be about 60%.
  • Carbon particles (Graphene) As in Example 1 except that the powder of ST R EM CH EM I CALS “06-0220” (average maximum diameter: 12 Mm, average thickness: 2.5 nm) was used. Similarly, a composite sheet was prepared.
  • the amount of elementary particles (Graphene) supported was 250 001 9.
  • the volume ratio of the carbon particles (Graphene) occupying the void volume of the porous metal sheet was calculated to be about 67%.
  • Example 1 except that the carbon particles (flaky graphite) powder was " ⁇ 1 ⁇ 1 _ ⁇ 2" (average maximum diameter: 2, average thickness: 130 nm) manufactured by Graph Enplatform Co., Ltd. A composite sheet was prepared in the same manner as in.
  • carbon particles (flaky graphite) were calculated from the mass difference between the porous metal sheet before filling and the composite sheet after filling carbon particles (flaky graphite). ) was 159.
  • the volume fraction of carbon particles (flaky graphite) occupying the void volume of the porous metal sheet was calculated to be about 40% by slightly subtracting the carbon particles (flaky graphite) covering the surface of the porous metal sheet. ..
  • the amount of carbon particles (Graphene) carried was 2 calculated from the mass difference between the porous metal sheet before carbon particles (Graphene) filling and the composite sheet after carbon particles (Graphene) filling. 1 was 9.
  • the volume ratio of the carbon particles (Graphene) occupying the void volume of the porous metal sheet was calculated to be about 57%.
  • a porous metal sheet As a porous metal sheet, a copper mesh manufactured by AS ONE (thickness: 0.380.01, average pore size: 0. A composite sheet was prepared in the same manner as in Example 2 except that the porosity: 49%) was used. ⁇ 2020/175 275 14 ⁇ (:171? 2020 /006536
  • the amount of carbon particles (Graphene) carried was calculated from the mass difference between the porous metal sheet before being filled with carbon particles (Graphene) and the composite sheet after being filled with carbon particles (Graphene). It was 19. By slightly subtracting the carbon particles (Graphene) covering the surface of the porous metal sheet, the volume ratio of carbon particles (Graphene) occupying the void volume of the porous metal sheet was calculated to be about 75%.
  • porous metal sheet As a porous metal sheet, Aswan Co., Ltd. copper porous metal sheet " ⁇ Lee 1 ⁇ /1 _80 eight _ mouth 50_1" (Dimension: 5001111X 50111111 X thickness A composite sheet was prepared in the same manner as in Example 2 except that the average pore diameter: 0.26 and the porosity: 81%) were used.
  • the amount of carbon particles (Graphene) carried was 2 based on the difference in mass between the porous metal sheet before carbon particles (Graphene) filling and the composite sheet after carbon particles (Graphene) filling.
  • the volume ratio of carbon particles (Graphene) occupying the void volume of the porous metal sheet was calculated to be about 60%.
  • a porous metal sheet As a porous metal sheet, a silver porous metal sheet made by As One Co., Ltd. "8 9 _ 1 ⁇ /1 _80 eight _ mouth 50 _ 1" (Dimension: 5001111X 50111111 X thickness A composite sheet was prepared in the same manner as in Example 2 except that the average pore size: 0.16 and the porosity: 85%) were used.
  • the amount of carbon particles (Graphene) carried was 23, which was calculated from the mass difference between the porous metal sheet before carbon particles (Graphene) filling and the composite sheet after carbon particles (Graphene) filling.
  • the volume fraction of carbon particles (Graphene) occupying the void volume of the porous metal sheet was calculated to be about 67% by slightly subtracting the amount of carbon particles (Graphene) covering the surface of the porous metal sheet. ⁇ 2020/175 275 15
  • Carbon particles (Graphene) Powder ⁇ ⁇ ⁇ 1 ⁇ 1 ⁇ 1 ⁇ ⁇ , manufactured by 3 companies GXG n P
  • ⁇ _500 average of maximum diameter: ⁇ .12, average thickness: 2.8 nm
  • the composite sheet was prepared in the same manner as in Example 1, but the porous metal sheet It was not possible to sufficiently fill the inside of the pores with carbon particles (Graphene) powder.
  • a composite sheet was prepared in the same manner as in Example 2 except that a copper mesh (thickness: ⁇ .401111, average pore size: 1.4, porosity: 76%) manufactured by As One Co. was used as the porous metal sheet. Attempts were made, but it was not possible to sufficiently fill the inside of the pores of the porous metal sheet with carbon powder (Graphene) powder.
  • a copper mesh thickness: ⁇ .401111, average pore size: 1.4, porosity: 76%) manufactured by As One Co. was used as the porous metal sheet. Attempts were made, but it was not possible to sufficiently fill the inside of the pores of the porous metal sheet with carbon powder (Graphene) powder.
  • the composite was prepared in the same manner as in Example 1 except that the carbon particles were made of natural graphite by ball milling in Example 4 in a shorter time than in Example 4 (average of maximum diameter: 9, average thickness: 750 n ). An attempt was made to make a sheet, but it was not possible to sufficiently fill the inside of the pores of the porous metal sheet with carbon particles.
  • porous metal sheet As a porous metal sheet, it is a copper punching sheet with even holes on the sheet surface (Dimension: 2001111X20111111 X Thickness 0. Average pore size: 1.
  • Example 2 Aperture ratio/porosity: 34%) was used to prepare a composite sheet in the same manner as in Example 2.
  • the volume ratio of carbon particles (graphene) occupying the void volume of the porous metal sheet was 95%. ⁇ 2020/175 275 16 ⁇ (: 171? 2020 /006536
  • an aluminum punching sheet with even holes on the sheet surface As a porous metal sheet, an aluminum punching sheet with even holes on the sheet surface (dimensions: Average pore size:
  • a composite sheet was prepared in the same manner as in Example 2 except that the opening ratio/porosity: 34%) was used. In this heat dissipation member, the volume ratio of carbon particles (graphene) occupying the void volume of the porous metal sheet was 93%.
  • the peeling test was performed by adhering a 3M Japan Mending Tape (12 width) to the surface of the sheet and then peeling it off at once.
  • thermal diffusivity of the heat dissipating member obtained in Example 1 was measured by Thermo Wave Analyzer Chohei 3 manufactured by Betel Co., Ltd., and it was 6.3 X 10- ⁇ 2 /sec in the sheet in-plane direction, and in the thickness direction. is 3. 8X 1 0_ 5 2 / sec thermal diffusivity was obtained. Since thermal diffusivity Chiritsu copper 1. is 2 X 1 0_ 4 Rei_1 mm2 / s, by about 1/6 Weight in flexibility Oh Ru radiating member of copper, about the copper in the in-plane direction We could obtain a thermal diffusivity of about 1/3 in the thickness direction.
  • the thermal diffusivity in the thickness direction is particularly high in the examples 2 and 4 to 9 using the thin carbon particles (Graphene).
  • Graphene has a strong intermolecular force, so it is a porous metal sheet oriented in the thickness direction.
  • the heat dissipation member of the present invention has high thermal conductivity in all directions, is lightweight, has sufficient strength for handling, and is efficiently manufactured without requiring a large amount of power or a long time. be able to. Therefore, the heat dissipating member of the present invention can be used for smartphones, housings of electronic devices such as ⁇ , electronic circuit boards,! _ _ 0 It can be suitably used for lighting equipment and heat dissipation of motors. Since the heat dissipation member of the present invention can be made flexible, heat is generated between the heating element and the metal heat sink. ⁇ 0 2020/175 275 18 ⁇ (: 17 2020 /006536

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Abstract

多孔質金属と、該多孔質金属の孔内に充填された炭素粒子とを有し、該炭素粒子が薄片状黒鉛を含む放熱部材。多孔質金属の平均孔径をＤ１、炭素粒子の最大径の平均値をＤ２としたとき、Ｄ１≧Ｄ２×１．２であることが好ましい。この放熱部材は、多孔質金属に、炭素粒子の分散液を含浸させることで製造することができる。

Description

〇 2020/175275 1 2020 /006536 明 細 書
発明の名称 ： 放熱部材
技術分野
[0001 ] 本発明は、 各種電子機器や照明機器等において、 熱を放出させて温度上昇 を防止するために用いられる放熱部材に関する。
背景技術
[0002] I 〇や !_巳 0など電子回路からの発熱を拡散して局所的な昇温を防ぐため に、 放熱部材が用いられている。
[0003] 放熱部材の材料としては、 通常、 銅 （熱伝導率：約 4 0〇 /〇! [＜） や アルミニウム （熱伝導率：約 2 4〇 / [＜） などの高熱伝導性の金属が 用いられている。 放熱部材としては黒鉛シートも用いられている。 黒鉛シー 卜の中には熱伝導率 1 〇〇〇 / ＜を超えるものもある。 黒鉛シートは 、 特許文献 1 に記載されているように、 ポリイミ ドなどの樹脂を高温で焼成 することで製造されている。
[0004] 特許文献 2には、 合金粉と黒鉛粉を混合して混合粉とし、 この混合粉を圧 縮成形したのち焼結してなる軽合金部材補強用多孔質金属焼結体が記載され ている。
[0005] 特許文献 3には、 グラフェンを多孔性金属発泡体基板上に化学蒸着で成膜 し、 これを圧縮してグラフェンメタルコンポジッ トを形成するグラフェンメ タルコンポジッ トの製造方法が記載されている。 特許文献 3には、 このグラ フェンメタルコンポジッ トが熱及び電気伝導性に優れた特性を有することが 記載されている。
[0006] 特許文献 1 :特開 2 0 1 0 _ 2 1 5 4 4 1号公報
特許文献 2 :特開 2 0 0 3 _ 7 3 7 5 5号公報
特許文献 3 :特表 2 0 1 8— 5 3 6 6 1 7号公報
[0007] スマートフォンなどの小型の電子デバイスに用いるためには、 放熱部材は 熱伝導性に優れるだけでなく、 軽量かつ薄肉である必要がある。 〇 2020/175275 2 卩（：171? 2020 /006536
[0008] しかし、 従来の放熱部材のうち、 銅やアルミニウム製のものは熱伝導率が 不十分であり、 かつ重いために小型のデバイス、 例えばスマートフォンなど への利用には不向きであった。
[0009] 特許文献 1では黒鉛を用いている。 黒鉛は熱伝導率が大きく、 かつ軽量と いう利点を持つ。 しかし、 黒鉛は平面的分子構造を持つため、 炭素原子が共 有結合する平面内では高い熱伝導率を有するものの、 その垂直方向 （一般に はシートの厚み方向） では 1 〇 / ＜程度の低い熱伝導率しか得られな い。 このため、 放熱量を上げるためにシートを厚く してもシートの厚み方向 に熱が伝わらず十分な放熱効果を得ることが難しい。 また、 黒鉛シートは強 度が弱く、 取り扱い時に損傷しやすい。 さらに樹脂を焼成して黒鉛シートと するには 3 0 0 0 °〇近辺の高温で長時間処理しなければならないため、 作製 に要する時間が長く、 かつ膨大な電力を要する。
[0010] 特許文献 2における多孔質金属焼結体は、 合金と黒鉛とが均等に分布した ものである。 この多孔質金属焼結体は、 多孔質金属の孔内に薄片状黒鉛を充 填してなる本発明の放熱部材とは構造面から異なる。 しかも、 特許文献 2で は熱伝導性を改善する検討はなされていない。
[001 1 ] 特許文献 3のグラフエンメタルコンポジッ トは、 特許文献 3の図 3にも示 されているように、 多孔性金属発泡体の孔内面にグラフエンの極薄の層が形 成されたものである。 金属に炭素を複合化することによる熱伝導性の向上効 果は十分ではない。
発明の概要
[0012] 本発明は、 全方位的に高い熱伝導率を持ち、 かつ軽量で、 取り扱いに十分 な強度を有し、 しかも大電力や長時間を要することなく効率的に製造可能な 放熱部材を提供することを課題とする。
[0013] 本発明者は、 多孔質金属内の孔内に薄片状黒鉛を充填した複合材を用いる ことで、 上記課題を解決することができることを見出した。
即ち、 本発明は以下を要旨とする。
[0014] [ 1 ] 多孔質金属と、 該多孔質金属の孔内に充填された炭素粒子とを有し 〇 2020/175275 3 卩（：171? 2020 /006536
、 該炭素粒子が薄片状黒鉛を含む放熱部材。
[0015] [2] 前記薄片状黒鉛の厚みが 700 n 以下である [ 1 ] に記載の放熱 部材。
[0016] [3] 前記多孔質金属の平均孔径を 01、 前記炭素粒子の最大径の平均値 を口 2としたとき、 01 ³02 X 1. 2である [ 1 ] または [2] に記載の 放熱部材。
[0017] [4] 前記多孔質金属の平均孔径を口 1 としたときに、 01 £ 1
Figure imgf000004_0001
である [3] に記載の放熱部材。
[0018] [5] 前記多孔質金属の平均孔径を 01、 前記炭素粒子の最大径の平均値 を口 2としたとき、 02 2000³01である [ 1 ] ないし [4] のいず れかに記載の放熱部材。
[0019] [6] 前記多孔質金属の表面の少なくとも一部が炭素粒子で覆われている
[1 ] ないし [5] のいずれかに記載の放熱部材。
[0020] [7] [1 ] ないし [6] のいずれかに記載の放熱部材の製造方法であり
、 多孔質金属に、 炭素粒子の分散液を含浸させる工程を含む放熱部材の製造 方法。
[0021] [8] [1 ] ないし [6] のいずれかに記載の放熱部材を有するモジユー ル。
発明の効果
[0022] 多孔質金属の孔内に炭素粒子を充填した複合材よりなる本発明の放熱部材 は以下の優れた特長を有する。
1） 炭素粒子に由来して高い熱伝導率を有する。
2） 炭素粒子の熱伝導が低下する方向は金属の熱伝導で補助できるために 全方位的に高い熱伝導率を持つ。
3） 炭素粒子の複合化で軽量な放熱部材とすることができる。
4） 多孔質金属の孔を厚み方向に向いたものを多くすることで厚み方向に 特に高い熱拡散率を得ることができる。
5） 柔軟性を持たせることも可能であることから、 平坦ではない熱源、 例 〇 2020/175275 4 卩（：171? 2020 /006536
えば曲面をする熱源に接触させて使用することもできる。
6） 多孔質金属を基体とするため、 従来の黒鉛シートに比べ高い機械的強 度を持ち、 取り扱い時に損傷しにくい。
7） 多孔質金属の製造、 製造された多孔質金属内への炭素粒子の充填によ る本発明の放熱部材の製造は、 樹脂を焼成して黒鉛シートを製造する場合に 比べ、 工程時間が短く、 かつ使用する電力も抑制される。
8） 分子間力の強い炭素粒子を用いることで、 金属と炭素粒子を、 あるい は炭素粒子同士を、 有機バインダー等を介さずに分子間力で直接接合できる ので、 高い熱伝導を得ることができると同時に製造プロセスを簡略化できる
9） 基体となる多孔質金属は電磁波遮蔽性能や吸音性能を有するものであ るため、 電磁波遮蔽や吸音といつた性能をも併せ持つことができる。
発明を実施するための形態
[0023] 以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
[0024] 本発明の放熱部材は、 多孔質金属と、 該多孔質金属の孔内に充填された炭 素粒子とを有し、 該炭素粒子が薄片状黒鉛を含むことを特徴とする。
[0025] [多孔質金属]
本発明に用いる多孔質金属の構成材料としては、 熱伝導率が 1 〇〇 /
- ＜より高い金属又は合金を用いるのが好ましい。 このような高熱伝導率金 属としては、 例えば〇リ、 八 丨、 八 9、 八リ、
Figure imgf000005_0001
などが挙げら れる。 特に熱伝導率が 2 0〇 / ＜より高く、 かつ比較的安価なものが 好ましい。 このようなものとして〇リ、 八 丨、 八 9から選ばれる少なくとも —つが挙げられる。 多孔質金属は、 これらの金属の 2種以上の合金よりなる ものであつてもよい。
[0026] 本発明に用いる多孔質金属は、 放熱部材を軽量にするため、 また、 十分な 量の炭素粒子を内包するために、 その空隙率は、 好ましくは 7 0 %以上であ り、 より好ましくは 7 5 %以上であり、 特に好ましくは 8 0 %以上であり、 最も好ましくは 8 5 %以上である。 一方、 放熱部材の機械的強度を確保する 〇 2020/175275 5 卩（：171? 2020 /006536
ために、 多孔質金属の空隙率は、 9 9 %以下であることが好ましく、 9 7 % 以下であることがより好ましく、 9 5 %以下であることが特に好ましい。
[0027] 多孔質金属の空隙率は、 多孔質金属の質量 IV! （9） と、 見掛け体積 V （〇
3） 、 多孔質金属の構成金属の比重口
Figure imgf000006_0001
から下記式により算出 される。
空隙率 （％） = [ 1 - { IV! ÷ （V X 0） } ] X 1 0 0
[0028] 多孔質金属の孔径をある程度確保して炭素粒子を充填し易くする観点から 、 多孔質金属の気孔の孔径の平均値口 1は、 〇. 0 5
Figure imgf000006_0002
以上であることが 好ましく、 〇. 0 8〇!〇!以上であることがより好ましく、 〇. 1 111 111以上で あることがさらに好ましく、 0 . 1 2
Figure imgf000006_0003
以上であることが特に好ましく、
〇. 1 4
Figure imgf000006_0004
以上であることが最も好ましい。 一方、 多孔質金属の強度を確 保する観点から、 また口 1が大きすぎると多孔質金属が炭素粒子を保持しき れなくなり欠陥が発生してしまうことから、 口 1は、 2
Figure imgf000006_0005
以下であること が好ましく、 1
Figure imgf000006_0007
以下であることがより好ましく、 〇.
Figure imgf000006_0006
以下である ことがさらに好ましく、 〇.
Figure imgf000006_0008
以下であることが特に好ましく、 0 . 5 111 01以下であることが最も好ましい。
[0029] 多孔質金属の孔径の平均値口 1は、 光学顕微鏡ないし走査型電子顕微鏡 （
3巳 IV!） にて多孔質金属を平面視したときに観察される気孔について測定さ れる 2 0個の孔径の算術平均値である。
[0030] 多孔質金属の孔は連続気孔であることが好ましい。 例えばシート状の多孔 質金属であれば、 孔はシートの一方の面から他方の面まで貫通していること が好ましい。
[0031 ] 水平に置いたシートの上方から見た孔の形状 （平面視形状） は円形であっ ても四角形など他の形状であってもよい。
[0032] 多孔質金属シートは、 金属シート内に孔が形成された形態でもよいし、 金 属細線が結合した形態でもよい。 多孔質金属シートは、 メッシユ状であって もよい。
[0033] 本発明の放熱部材の形状、 寸法は、 その用途 （適用対象） によって異なり 〇 2020/175275 6 卩（：171? 2020 /006536
、 特に制限はない。 スマートフォンなどの小型の電子デバイスに用いる場合 、 放熱部材の基体となる多孔質金属は、 厚さ 2
Figure imgf000007_0001
以下のシート状であるこ とが好ましい。
シート状の多孔質金属の厚さは十分な熱伝導性を得るために 1 〇 以上 であることが好ましい。 シート状の多孔質金属の厚さは、 取り扱い時の機械 的強度の確保の観点からは 2 0 以上であることが好ましい。
[0034] このような多孔質金属の製造方法としては、 特に制限されないが、 次のよ うな方法などが挙げられる。
1） 溶融金属中に発泡剤を入れて凝固させる方法
2） 金属粉末を高圧不活性ガス中で加圧焼結する方法
3） 金属粉末と発泡剤を混合して加熱する方法
4） 溶融金属中にガスを溶解させた後に凝固させる方法
5） 金属粉末とバインダーを混合したスラリーに発泡剤を入れスラリーを 基板上に塗布してから加熱して発泡させる方法
シート状の放熱部材を製造するにはスラリーを塗布する方法が好ましい。
[0035] [炭素粒子]
炭素粒子としては薄片状黒鉛及び繊維状黒鉛が挙げられるが、 本発明では 、 少なくとも薄片状黒鉛を用いる。 分子間力の強い薄片状黒鉛を用いること は各々の粒子のベーサル面、 および粒子と金属面とが分子間力で結合して熱 伝導性を向上させることができるので好ましい形態である。
[0036] 粒子のベーサル面が結合するために好ましい薄片状黒鉛の厚みの下限は 0 . 3 以上である。 薄片状黒鉛の厚みの上限は特に限定されないが、 例え ば 7 0 0 n 以下であり、 3 0 0 n 以下が好ましく、 2 0 0 n 以下がよ り好ましく、 1 2 0 n 以下がさらに好ましく、 1 0 0 n 以下がなおさら 好ましく、 5 0 n
Figure imgf000007_0002
以下が特に好ましく、 2 5 n 以下がとりわけ好ましい 。 薄片状黒鉛の中でも厚みが 1 〇门 以下の薄片状黒鉛、 いわゆるグラフエ ンが最も好ましい。 グラフエンの中でも、 平均厚み 8
Figure imgf000007_0003
以下のものが好ま しく、 この厚みは 6 n 以下がより好ましく、 4 n 以下が最も好ましい。 〇 2020/175275 7 卩（：171? 2020 /006536
[0037] 繊維状の黒鉛としては力ーボンナノチューブ、 力ーボンファイバーが挙げ られる。 繊維状黒鉛の好ましい直径 （繊維径） は 1 〇〜 1 00000 n
Figure imgf000008_0001
で ある。
[0038] 前述の多孔質金属の孔内に炭素粒子が入り込んでいくためには、 多孔質金 属の平均孔径口 1が炭素粒子の最大径の平均値 02より十分大きいことが好 ましい。 従って、 〇 1 ³02 X 1. 2であることが好ましく、 01 ³02 X 1. 5であることがより好ましく、 01 ³ 02 X 2がさらに好ましく、 01 ³〇 2 X 5が特に好ましく、 01 ³02 X 1 0が最も好ましい。
[0039] _方で、 炭素粒子の最大径の平均値口 2に対して多孔質金属の平均孔径 0
1が過度に大きいものは、 多孔質金属の強度が不足する上に炭素粒子間に空 隙が発生することによる接触性の低下を防ぎ、 引いては放熱性の低下を防ぐ 。 従って、 口 2 X 5000³01であることが好ましく、 02 2000³ 口 1であることがより好ましく、 02X 1 000 ³ 01がさらに好ましく、 02 500³01が特に好ましく、 02X 1 00³01が最も好ましい。
[0040] 炭素粒子間の接合部は熱抵抗を生じるので、 大きい炭素粒子を用いて粒子 間接合部の数を減らした方が良い。 この観点から、 炭素粒子の最大径の平均 値 02は、 〇. 1 以上であることが好ましく、 1 以上であることが より好ましく、 3 〇!以上であることがさらに好ましく、 5 〇!以上である ことが特に好ましく、 1 0 以上であることが最も好ましい。
[0041] 一方、 多孔質金属の孔内に挿入する観点から、 口 2は、 500 以下で あることが好ましく、 200 以下であることがより好ましく、 1 00 以下であることがさらに好ましく、 50 以下であることが特に好まし く、 4〇 以下であることがとりわけ好ましく、 20 以下であること が最も好ましい。
[0042] 炭素粒子の最大径とは、 炭素粒子を 2枚の平行な板で挟んだ場合に、 この
2枚の平行な板の間隔が最も大きくなる部分の当該間隔の大きさに該当する 。 例えば薄片状黒鉛であればそのべーサル面の最も大きい径部分の長さが最 大径である。 繊維状黒鉛であれば繊維長さが最大径である。 〇 2020/175275 8 卩（：171? 2020 /006536
[0043] 炭素粒子の最大径の平均値口 2は、 例えば炭素粒子の 2 0個以上を走査型 電子顕微鏡 （3巳 IV!） あるいは走査型プローブ顕微鏡 （3 1\/1） で観察して 測定された値の算術平均値として求められる。
グラフエンの厚みの平均値についても、 同様に、 2 0個以上のグラフエン 粒子の厚みを走査型電子顕微鏡 （3巳1\/1） あるいは走査型プローブ顕微鏡 （ 3 1\/1） で観察して測定された値の算術平均値として求めることができる。
[0044] 高い熱伝導率の放熱部材を得るためには、 多孔質金属の孔内に充填された 炭素粒子は多孔質金属の空隙体積の 4 0 %以上を占めていることが好ましい 。 この割合は、 より好ましくは 4 5 %以上であり、 さらに好ましくは 5 0 % 以上であり、 特に好ましくは 5 5 %以上である。 一方で、 製造上の観点から 、 多孔質金属の空隙体積を占める炭素粒子の割合は通常 9 5 %以下である。
[0045] 十分な熱伝導率を得るために、 炭素粒子中の炭素原子は炭素粒子全体の 9
0原子％以上であることが好ましく、 より好ましくは 9 5〜 1 0 0原子％で ある。
[0046] 炭素粒子を多孔質金属の孔内に充填する方法としては、 特に制限されない が、 次のような方法などが挙げられる。
1） 炭素粒子を分散媒に分散させた分散液に多孔質金属を浸潰して分散液 を含浸させた後 （キャスト法、 ディップコート法など） 、 該分散液から該多 孔質金属を取り出した後に、 該多孔質金属から分散媒を除去する方法
2） 炭素粒子を分散媒に分散させた分散液を多孔質金属に塗布 （スピンコ —卜、 ブレードコート、 バーコート、 ダイコートなど） してから分散媒を除 去する方法
3） ろ紙上に多孔質金属を置き、 炭素粒子を分散媒に分散させた分散液を この多孔質金属上に供給し、 ろ紙の下部から真空吸引を行って、 分散液を多 孔質金属の孔内に浸入させ、 その後分散媒を除去する真空ろ過法
[0047] 分散媒としては水、 アルコール類、 アセトンなどが用いられる。 分散媒と しては、 安価でかつ安全性の高い水やエタノール、 イソプロピルアルコール といったアルコール類が好ましい。 水を用いた場合、 多孔質金属を腐食させ 〇 2020/175275 9 卩（：171? 2020 /006536
る場合があるのでアルコール類を用いることが特に好ましい。
[0048] 分散液の炭素粒子濃度には特に制限はないが、 分散液を効率的に多孔質金 属の孔内に浸入させて高い充填率で炭素粒子を充填する観点から 0 . 1〜 5 質量％程度とすることが好ましい。
[0049] 分散液には分散を補助するための分散剤 （例えば、 巳 3 社製？ 丨 1_1 「 〇 n I 〇 ? 1 2 3） を添加することもできる。 分散液には、 炭素粒子を結合 させるためのバインダー （例えばカルボキシメチルセルロース） を添加する こともできる。 ただし、 これらの有機物を添加すると、 その後の加熱焼成に よる有機物の除去で、 有機物の存在していた箇所がボイ ドとなり、 その部分 では熱伝導性が得られなくなる。 このため、 熱伝導性の観点からは、 これら の分散剤やバインダーは使用しないことが好ましい。
[0050] 分散液含浸後の分散媒の除去には加熱乾燥、 真空乾燥などの方法が用いら れる。
[0051 ] 分散媒の除去後に分散剤等の有機不純物を除去するために多孔質金属の融 点以下の温度で加熱することもできる。 この加熱温度は通常 1 0 0〜 8 0 0 °〇程度である。
[0052] [放熱部材]
放熱部材は熱源と広面積で接触することで伝熱効果を上げることができる 。 このため、 本発明の放熱部材の熱源側表面は平坦であることが好ましい。 前述の含浸法で炭素粒子を多孔質金属に充填させた場合は多孔質金属表面を 炭素粒子が覆い、 平坦化することができる。 放熱部材を 2つの部材を熱的に 結合させる中間層として用いる場合、 放熱部材の両面が平坦であることが好 ましい。
[0053] 熱源と反対側の放熱部材面から熱を空気等に逃がすためには、 熱源と反対 側面の放熱部材の表面積を大きくすることが好ましい。 この場合、 熱源と反 対側の放熱部材の表面近傍の炭素粒子を除去して多孔質金属を露出させるこ とで表面積を大きくすることができる。
[0054] 放熱部材の表面には炭素粒子が剥落することを防ぐための保護膜を形成し 〇 2020/175275 10 卩（：171? 2020 /006536
てもよい。 保護膜としては厚さ 1 〇 以下の有機あるいは無機の薄膜を用 いることができる。
[0055] [接触層]
放熱部材と熱源やヒートシンクなどとの接触時の熱抵抗を低減するために 、 放熱部材の片面ないし両面に接触層を設けても良い。 接触層は隣接する部 材との熱抵抗を低減するために、 柔軟性が高く、 かつ熱伝導率が比較的高い ものであることが好ましい。 接触層の好ましい熱伝導率は 1
Figure imgf000011_0001
である。
[0056] 放熱部材が !_巳 0や I 〇など電気を利用する電気部材と接触する際には、 電気部材の短絡を防ぐために接触層は絶縁性のものであることが好ましい。 接触層は保護層を兼ねることもできる。
[0057] 接触層の材料の例としてはシリコーン樹脂、 アクリル樹脂、 巳 0 1\/1 （ェ チレンプロピレンジェンゴム） などが挙げられる。
[0058] 接触層は放熱部材より熱伝導率が低いので、 厚すぎると放熱部材の効果が 小さくなる。 接触層の厚みは放熱部材の厚みの 1 / 3 0以上、 1 / 5以下で あることが好ましい。
[0059] [本発明が効果を奏する理由]
本発明の放熱部材が熱伝導性の効果を奏する理由は、 以下のとおり推察さ れる。
多孔質金属内部は、 いわば金属の細線で形成されており、 その中の特に細 い部分が大きな熱抵抗となる。 多孔質金属の孔内に炭素粒子を充填すること で、 そのような熱抵抗部分がなくなり、 熱拡散率が向上する。
適切な形状の炭素粒子を多孔質金属の孔内に充填することで、 金属と炭素 粒子、 および炭素粒子同士が分子間力で強く接合し、 その間に熱が良好に流 れるようになることで全方位的に高い熱拡散率が得られる。
多孔質金属の孔を厚み方向に向いたものを多くすることで厚み方向に特に 高い熱拡散率を得ることができる。
実施例 〇 2020/175275 11 卩（：171? 2020 /006536
[0060] 以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
[0061] 以下の実施例において、 多孔質金属としては、 以下のものを用いた。
実施例 1〜 4、 比較例 1 , 2, 4 : アズワン社製 銅製多孔質金属シート 「 〇リー 1\/1 ー 30—口50— 1」 （寸法： 5001111X50111111 X厚み
Figure imgf000012_0001
、 平均孔径： 〇.
Figure imgf000012_0002
空隙率： 9 1 %）
実施例 5 : アズワン社製 銅メッシュ （厚み： 〇. 3
Figure imgf000012_0003
平均孔径： 0
. 空隙率 = 49%）
実施例 6 : アズワン社製 銅製多孔質金属シート 「〇リー1\/1 ー80八ーロ
Figure imgf000012_0009
比較例 3 : アズワン社製 銅メッシュ （厚み： 〇.
Figure imgf000012_0004
平均孔径： 1.
Figure imgf000012_0010
：
34%）
実施例 9 :シート面に孔を均等に設けたアルミニウム製パンチングシート （ 寸法： 20111111X 20111111
Figure imgf000012_0005
平均孔径： 1.
Figure imgf000012_0006
開口 率/空隙率： 34 %）
[0062] [実施例 1 ]
シグマアルドリッチ社製 製品番号 9004 1 3の炭素粒子 （グラフエン ） 粉末 （最大径の平均値： 25 、 厚み： 6〜 8 n m （平均厚み = 7. 1 〇〇 ）
Figure imgf000012_0007
イソプロピルアルコール 300 1_を容器に入れ、 超音波バスで 2時間超音波を印加することにより分散させた。
[0063] 分散液
Figure imgf000012_0008
ここへ 200101X200101 （質量 2
95 9） に切断した多孔質金属シート （アズワン社製 銅製多孔質金属シ —卜 「C u— M F— 30— I I 5 Q— 1」 （寸法： 50mmX50mmX厚み 1 mm、 平均孔径： 0. 52 mm、 空隙率： 9 1 %） ） を浸潰させた。 この とき多孔質金属シートの下面からも炭素粒子 （グラフエン） 分散液が入り込 むように、 多孔質金属シートとぺトリ皿の間には 1 00 Mm厚の P E Tフイ ルムをスぺーサーとして入れた。 1時間浸潰させた後にぺトリ皿を才ーブン に移動し、 イソプロピルアルコールが全て蒸発するまで 80°Cで加熱した。 このようにして分散液をぺトリ皿に入れて蒸発させるプロセスを 3回繰り返 した。
[0064] この結果、 多孔質金属シートの孔内に炭素粒子 （グラフエン） が充填され た複合シートを得ることができた。 この複合シートの多孔質金属シートの上 面は炭素粒子 （グラフヱン） で覆われて平坦化されたが下面は多孔質金属と 炭素粒子 （グラフエン） の両方が現れた面となった。 この結果一方の面が平 坦であり、 他方の面の表面積が大きい複合シートとなった。
[0065] この複合シートを加熱才ーブンに入れ 200°Cで 1時間加熱することで有 機不純物を除去して放熱部材とした。 この放熱部材は柔軟性があり、 手で曲 げることが可能であった。
[0066] この放熱部材について、 炭素粒子 （グラフエン） 充填前の多孔質金属シー 卜と、 炭素粒子 （グラフエン） 充填後の複合シートの質量差から算出した炭 素粒子 （グラフエン） の担持量は 220 m gであった。 多孔質金属シートの 表面を覆う炭素粒子 （グラフエン） 分を若干差し引いて、 多孔質金属シート の空隙体積を占める炭素粒子 （グラフエン） の体積割合は、 約 60%と算出 された。
[0067] [実施例 2 ]
炭素粒子 （グラフエン） 粉末を、 ST R EM CH EM I CALS社製 「 06— 0220」 （最大径の平均値： 1 2 Mm、 平均厚み： 2. 5 n m） と した以外は、 実施例 1 と同様にして、 複合シートを作成した。
[0068] この放熱部材について、 炭素粒子 （グラフエン） 充填前の多孔質金属シー 卜と、 炭素粒子 （グラフエン） 充填後の複合シートの質量差から算出した炭 〇 2020/175275 13 卩（：171? 2020 /006536
素粒子 （グラフエン） の担持量は 2 5 0 01 9であった。 多孔質金属シートの 表面を覆う炭素粒子 （グラフエン） 分を若干差し引いて、 多孔質金属シート の空隙体積を占める炭素粒子 （グラフエン） の体積割合は、 約 6 7 %と算出 された。
[0069] [実施例 3 ]
炭素粒子 （薄片状黒鉛） 粉末を、 グラフエンプラッ トフォーム社製 「〇 1~1 _乂2」 （最大径の平均値： 2 、 平均厚み： 1 3 0 n m） とした以外 は、 実施例 1 と同様にして、 複合シートを作成した。
[0070] この放熱部材について、 炭素粒子 （薄片状黒鉛） 充填前の多孔質金属シー 卜と、 炭素粒子 （薄片状黒鉛） 充填後の複合シートの質量差から算出した炭 素粒子 （薄片状黒鉛） の担持量は 1 5〇 9であった。 多孔質金属シートの 表面を覆う炭素粒子 （薄片状黒鉛） 分を若干差し引いて、 多孔質金属シート の空隙体積を占める炭素粒子 （薄片状黒鉛） の体積割合は、 約 4 0 %と算出 された。
[0071 ] [実施例 4 ]
炭素粒子 （グラフエン） 粉末として、 天然黒鉛をボールミルで粉砕するこ とで自製したもの （最大径の平均値： 〇. 1 6 、 平均厚み： 〇. 8 n m ） を用いた以外は、 実施例 1 と同様にして、 複合シートを作成した。
[0072] この放熱部材について、 炭素粒子 （グラフエン） 充填前の多孔質金属シー 卜と、 炭素粒子 （グラフエン） 充填後の複合シートの質量差から算出した炭 素粒子 （グラフエン） の担持量は 2 1
Figure imgf000014_0001
9であった。 多孔質金属シートの 表面を覆う炭素粒子 （グラフエン） 分を若干差し引いて、 多孔質金属シート の空隙体積を占める炭素粒子 （グラフエン） の体積割合は、 約 5 7 %と算出 された。
[0073] [実施例 5 ]
多孔質金属シートとして、 アズワン社製 銅メッシュ （厚み： 〇. 3 8〇1 、 平均孔径： 0 .
Figure imgf000014_0002
空隙率： 4 9 %） を用いた以外は、 実施例 2 と同様にして、 複合シートを作成した。 〇 2020/175275 14 卩（：171? 2020 /006536
[0074] の放熱部材について、 炭素粒子 （グラフエン） 充填前の多孔質金属シート と、 炭素粒子 （グラフエン） 充填後の複合シートの質量差から算出した炭素 粒子 （グラフエン） の担持量は 1 50〇19であった。 多孔質金属シートの表 面を覆う炭素粒子 （グラフエン） 分を若干差し引いて、 多孔質金属シートの 空隙体積を占める炭素粒子 （グラフエン） の体積割合は、 約 75%と算出さ れた。
[0075] [実施例 6 ]
多孔質金属シートとして、 アズワン社製 銅製多孔質金属シート 「〇リー 1\/1 _80八_口50_ 1」 （寸法： 5001111X 50111111 X厚み
Figure imgf000015_0001
平 均孔径： 〇. 26 、 空隙率： 81 %） を用いた以外は、 実施例 2と同様 にして、 複合シートを作成した。
[0076] この放熱部材について、 炭素粒子 （グラフエン） 充填前の多孔質金属シー 卜と、 炭素粒子 （グラフエン） 充填後の複合シートの質量差から算出した炭 素粒子 （グラフエン） の担持量は 2
Figure imgf000015_0002
9であった。 多孔質金属シートの 表面を覆う炭素粒子 （グラフエン） 分を若干差し引いて、 多孔質金属シート の空隙体積を占める炭素粒子 （グラフエン） の体積割合は、 約 60%と算出 された。
[0077] [実施例 7 ]
多孔質金属シートとして、 アズワン社製 銀製多孔質金属シート 「八 9 _ 1\/1 _80八_口50_ 1」 （寸法： 5001111X 50111111 X厚み
Figure imgf000015_0003
平 均孔径： 〇. 1 6 、 空隙率： 85%） を用いた以外は、 実施例 2と同様 にして、 複合シートを作成した。
[0078] この放熱部材について、 炭素粒子 （グラフエン） 充填前の多孔質金属シー 卜と、 炭素粒子 （グラフエン） 充填後の複合シートの質量差から算出した炭 素粒子 （グラフエン） の担持量は 23
Figure imgf000015_0004
9であった。 多孔質金属シートの 表面を覆う炭素粒子 （グラフエン） 分を若干差し引いて、 多孔質金属シート の空隙体積を占める炭素粒子 （グラフエン） の体積割合は、 約 67%と算出 された。 〇 2020/175275 15 卩（：171? 2020 /006536
[0079] [比較例 1 ]
炭素粒子 （グラフエン） 粉末として、 ！_リ X〇 「社製 （型番無し） のもの （最大径の平均値： 330 、 平均厚み： 1. 6 n m） を使用した以外は 、 実施例 1 と同様にして複合シートの作成を試みたが、 多孔質金属シートの 孔内部に炭素粒子 （グラフエン） 粉末を十分に充填することはできなかった
[0080] [比較例 2 ]
炭素粒子 （グラフエン） 粉末を、 乂〇 3〇 1 巳 1\1〇巳3社製 GXG n P
〇_500」 （最大径の平均値： 〇. 1 2 、 平均厚み： 2. 8 n m） とした以外は、 実施例 1 と同様にして複合シートの作成を試みたが、 多孔質 金属シートの孔内部に炭素粒子 （グラフエン） 粉末を十分に充填することは できなかった。
[0081] [比較例 3]
多孔質金属シートとして、 アズワン社製 銅メッシュ （厚み： 〇. 401111 、 平均孔径： 1. 4 、 空隙率： 76%） を用いた以外は、 実施例 2と同 様にして複合シートの作成を試みたが、 多孔質金属シートの孔内部に炭素粒 子 （グラフエン） 粉末を十分に充填することはできなかった。
[0082] [比較例 4]
炭素粒子を、 天然黒鉛を実施例 4におけるより短時間のボールミル粉砕で 自製した炭素粒子 （最大径の平均値： 9 、 平均厚み： 750 n ） とし た以外は、 実施例 1 と同様にして複合シートの作成を試みたが、 多孔質金属 シートの孔内部に炭素粒子を十分に充填することはできなかった。
[0083] [実施例 8]
多孔質金属シートとして、 シート面に孔を均等に設けた銅製パンチングシ —卜 （寸法： 2001111X20111111 X厚み 0.
Figure imgf000016_0002
平均孔径： 1.
Figure imgf000016_0001
、 開口率/空隙率： 34%） を用いた以外は、 実施例 2と同様にして、 複合シ —卜を作成した。 この放熱部材において、 多孔質金属シートの空隙体積を占 める炭素粒子 （グラフエン） の体積割合は 95%であった。 〇 2020/175275 16 卩（：171? 2020 /006536
[0084] [実施例 9 ]
多孔質金属シートとして、 シート面に孔を均等に設けたアルミニウム製パ ンチングシート （寸法：
Figure imgf000017_0001
平均孔径：
1. 〇 、 開口率/空隙率： 34%） を用いた以外は、 実施例 2と同様に して、 複合シートを作成した。 この放熱部材において、 多孔質金属シートの 空隙体積を占める炭素粒子 （グラフエン） の体積割合は 93%であった。
[0085] [孔内への充填性評価]
実施例 1〜 9及び比較例 1〜 4における炭素粒子の多孔質金属シートの孔 内への充填性を、 目視でシートの透過光を見ることにより充填状態および剥 離状態として確認し、 以下の基準で評価した。 結果を表 1 に示す。
八 ：欠陥なく充填することができ、 充填後、 以下の剥離試験で剥離しない。 巳 ：欠陥なく充填することができるが、 充填後、 以下の剥離試験で一部剥離 する。
〇 ：炭素粒子を孔内部に十分に充填できない。
[0086] ＜剥離試験＞
剥離試験は、 スリーエムジャパン社製メンディングテープ （1 2 幅） をシート表面に接着した後、 一気に剥がすことにより行った。
[0087] [熱拡散率の測定]
実施例 1で得られた放熱部材の熱拡散率を株式会社べテル製サーモウエー ブアナライザ丁八3で測定したところ、 シート面内方向に 6. 3 X 1 0-^2 /秒、 厚み方向には 3. 8X 1 0_5 2/秒の熱拡散率が得られた。 銅の熱拡 散率は 1. 2 X 1 0_4〇12/秒であるので、 銅の約 1 /6の重さで柔軟性のあ る放熱部材によって、 面内方向には銅の約半分、 厚み方向には約 1 /3の熱 拡散率を得ることができた。
同様に実施例 2〜 9で得られた放熱部材についてもシート面内方向と厚み 方向の熱拡散率を測定し、 結果を表 1 に示した。
特に、 実施例 2および実施例 4〜 9の厚みが薄い炭素粒子 （グラフエン） を用いたものでは厚み方向の熱拡散率が特に高くなっている。 薄い炭素粒子 〇 2020/175275 17 ?01/1?2020/006536
（グラフエン） は分子間力が強いため、 厚み方向に多く向いた多孔質金属シ
—卜の孔に沿って炭素粒子 （グラフエン） が配列するものと考えられる。
[0088] [表 1 ]
Figure imgf000018_0001
[0089] 本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、 本発明の意図と範囲を離 れることなく様々な変更が可能であることは当業者に明らかである。
本出願は、 2 0 1 9年 2月 2 6日付で出願された日本特許出願 2 0 1 9— 0 3 2 9 0 7及び 2 0 1 9年 7月 3 0日付で出願された日本特許出願 2 0 1 9— 1 3 9 9 0 3に基づいており、 その全体が引用により援用される。 産業上の利用可能性
[0090] 本発明の放熱部材は、 全方位的に高い熱伝導率を持ち、 かつ軽量で、 取り 扱いに十分な強度を有し、 しかも大電力や長時間を要することなく効率的に 製造することができる。 このため、 本発明の放熱部材は、 スマートフォン、 〇など電子機器の筐体、 電子回路基板、 ！_巳 0照明機器、 さらにモーター 等の放熱の用途に好適に用いることができる。 本発明の放熱部材は、 柔軟性 を持たせることも可能であることから、 発熱体と金属ヒートシンクの間を熱 \¥0 2020/175275 18 卩（：17 2020 /006536
的に接続する、 いわゆる丁 I IV!部材として用いることもできる。

Claims

\¥0 2020/175275 19 卩（：17 2020 /006536 請求の範囲
[請求項 1 ] 多孔質金属と、 該多孔質金属の孔内に充填された炭素粒子とを有し
、 該炭素粒子が薄片状黒鉛を含む放熱部材。
[請求項 2] 前記薄片状黒鉛の厚みが 7 0 0 n 以下である請求項 1 に記載の放 熱部材。
[請求項 3] 前記多孔質金属の平均孔径を〇 1、 前記炭素粒子の最大径の平均値 を口 2としたとき、 0 1 ³ 0 2 X 1 . 2である請求項 1 または 2に記 載の放熱部材。
[請求項 4] 前記多孔質金属の平均孔径を口 1 としたときに、 0 1 £ 1
Figure imgf000020_0001
である請求項 3に記載の放熱部材。
[請求項 5] 前記多孔質金属の平均孔径を〇 1、 前記炭素粒子の最大径の平均値 を口 2としたとき、 0 2 2 0 0 0 ³ 0 1である請求項 1ないし 4の いずれか 1項に記載の放熱部材。
[請求項 6] 前記多孔質金属の表面の少なくとも一部が炭素粒子で覆われている 請求項 1ないし 5のいずれか 1項に記載の放熱部材。
[請求項 7] 請求項 1ないし 6のいずれか 1項に記載の放熱部材の製造方法であ り、 多孔質金属に、 炭素粒子の分散液を含浸させる工程を含む放熱部 材の製造方法。
[請求項 8] 請求項 1ないし 6のいずれか 1項に記載の放熱部材を有するモジユ
_ル。
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