説明

放熱シート

【課題】 電子・電気部品のように凹凸がある複雑形状の発熱体にフィットして冷却を行うため使用される放熱シートであって、柔軟性があり、適当な粘着性を有し、かつ高い放熱性を有する放熱シートを提供する。
【解決手段】 粒径が異なる2種類の窒化ホウ素をマトリックス樹脂に分散させて形成させた放熱シートであって、前記小さな粒径の窒化ほう素の粒径を1としたとき、大きな粒径の窒化ほう素の粒径は3〜4の範囲にあることを特徴とする。
【効果】 粒径の異なる窒化ホウ素をブレンドしてマトリックス樹脂に分散することにより、熱伝導性に優れた柔軟性のある放熱シートとすることが出来る。また所定のアスペクト比のカーボン繊維をマトリックス樹脂に分散させることにより、さらに熱伝導性に優れた放熱シートとすることが出来る。

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はトランジスター、コンデンサー、ダイオード等の電子部品から放熱される熱を放熱器に伝達する放熱シートに関する。
【0002】
【従来技術および問題点】従来からトランジスター、コンデンサー、ダイオード等の電子・電気部品から生じる熱が原因で上記部品の寿命が短くなることから、この対策として熱伝導性のある放熱シートが使用されている。
【0003】近年パソコンなどの著しい進化や普及と共に、これらに使用されるCPU(マイクロプロセッサ)の高性能化が進んでおり、それに伴うCPUからの発熱量の増加をどう処理するかが問題となっている。このような問題に対し電子部品メーカー各社は、表面積を大きくしたアルミニウム放熱フィンやこのアルミニウム放熱フィンに小型モーターを組み合わせたものなどが開発され、CPUからの熱をさらに放熱器に伝え放熱させるようにしている。
【0004】また、電子部品と放熱器間に放熱材を配置したり、電子部品と放熱器を直接接合すると電子部品と放熱器間に空隙が生じ、この空隙が熱伝導の大きな抵抗になる。このため、電子部品と放熱器間に放熱シートを配置して空隙をなくし熱伝導性を上げている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年ノートパソコンに代表されるように電子機器の小型化も進行しており、CPU等の電子部品を非常に狭いスペースに収納することが行われており、あまり大きな放熱器を取付けることが困難になってきている。このためCPU等の電子部品から発生した熱をできるだけ効率良く放熱器から放熱する必要があり、電子部品と放熱器との間に使用される放熱シートの熱伝導率を高くする必要がある。
【0006】このような放熱シートとしては、アスペクト比が3未満の炭素繊維(カーボン繊維)をマトリックス樹脂に分散した放熱シート(特開平9ー283955号)などの例があるが、いずれも十分な放熱性を有しているとは言えず、電子部品と放熱器間の空隙を少なくし、その間の熱伝導性に優れた放熱シートの開発が求められている。。
【0007】本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、上記電子・電気部品のように凹凸がある複雑形状の発熱体にフィットして冷却を行うため使用される放熱シートであって、柔軟性があり、適当な粘着性を有し、かつ高い放熱性を有する放熱シートを提供することを目的とする。
【0008】
【問題点を解決するための手段】上記問題を解決するため、本発明による放熱シートは、粒径が異なる2種類の窒化ホウ素をマトリックス樹脂に分散させて形成させた放熱シートであって、前記小さな粒径の窒化ホウ素の粒径を1としたとき、大きな粒径の窒化ホウ素の粒径は3〜4の範囲にあることを特徴とする。
【0009】さらに上記窒化ホウ素とともに、平均アスペクト比(繊維長/繊維径)が4〜5のカーボン繊維を分散させたことを特徴とする放熱シートであることを特徴としている。
【0010】本発明によれば粒径の異なる窒化ホウ素をブレンドしてマトリックス樹脂に分散することにより、熱伝導性に優れた柔軟性のある放熱シートとすることが出来る。
【0011】本発明をさらに詳しく説明すると、本発明による放熱シートは、粒径が異なる2種類の窒化ホウ素をマトリックス樹脂に分散させて形成させた放熱シートである。粒径が異なる二種類の窒化ホウ素を使用することにより、前記窒化ホウ素粒子がシートの断面に効率良くマトリックス樹脂に分散し熱伝導性に優れたシートとすることが出来るのである。即ち大きな粒径の窒化ホウ素の粒子間の隙間に小さな粒径の窒化ホウ素の粒子が充填され粒子間の熱伝導度をアップさせる効果が期待できる。窒化ホウ素はホウ素原子と窒素原子からなる正六角環が平面状に結合した黒鉛結晶に似たミクロ構造であるがマクロ的には球状或いは鱗片状している。この窒化ホウ素の粒子形状は基本的に限定されるものではなく、たとえば球状、鱗片状であることができ、大きな粒径の窒化ホウ素が球状あるいは大鱗片状であるとき、小さな粒径の窒化ホウ素が鱗片状である組み合わせを使用することができる。
【0012】粒径が異なる窒化ホウ素の粒径比は、小さな粒径の窒化ホウ素の粒径を1としたとき、大きな粒径の窒化ホウ素の粒径は3〜4の範囲である。大きな粒径の窒化ホウ素の粒径が小さな粒径の窒化ホウ素の粒径の4倍を越えると、放熱シート界面に空隙が増大しやすくなるという欠点があり、一方3倍未満であると、やはり放熱シート界面に空隙が増大しやすくなるという欠点を生じる。
【0013】さらに上記2種類の大きな粒径の窒化ホウ素と小さな粒径の窒化ホウ素のブレンド比は7:3〜9:1(重量比)であるのがよい。粒径が異なる窒化ホウ素のブレンドを上記比率にすることにより、7:3未満であると、粒子間の接触が小さくなり、熱伝導率が低下するという欠点を生じ、一方9:1を越えると、放熱シートが成型できなくなるという欠点を生じるからである。
【0014】ここで大きな粒径の窒化ホウ素は100〜300μmであるのが望ましい。大きな粒径の窒化ホウ素 の粒径が300μmを越えるとマトリックス樹脂への分散性が悪くなり、100μm未満では熱伝導性が向上しないおそれがあるからである。
【0015】そして小さな粒径の窒化ホウ素は20〜80μmであるのが好ましい。小さな粒径の窒化ホウ素の粒径が80μmを越えると、大きな粒径の窒化ホウ素の粒子間が離れてしまい、20μm未満では大きな粒径の窒化ホウ素の粒子間を埋める効果がなくなるからである。
【0016】本発明による放熱シートに、さらに平均アスペクト比が4〜5のカーボン繊維を分散させることにより、さらに熱伝導性を高めた放熱シートとすることが出来る。平均アスペクト比が4未満であると熱伝導性を高める効果が少なく、平均アスペクト比が5を越えると、カーボン繊維が分散工程で折れることが多く却って熱伝導性が減少するからである。
【0017】ここで上記カーボン繊維の分散量は全体の1〜5重量%であることが望ましい。上記カーボン繊維も大きな粒径の窒化ホウ素の粒子間の熱伝導性を高める効果があると考えられる。カーボン繊維の分散量は全体の5重量%を越えると、放熱シートの柔軟性が損なわれ、1重量%未満では熱伝導性が向上しにくい。
【0018】本発明による放熱シートのマトリックスは、基本的に限定されるものではなく、従来この種の放熱シートに使用されているものを有効にしようすることができる。本発明においては、上記マトリックス樹脂は絶縁性及び熱伝導性等からシリコーンゴムであることが好ましい。さらに好ましくはマトリックス樹脂はシリコーンゲル及び高分子液状シリコーンゴムのブレンドからなることが好ましい。マトリックス樹脂はシリコーンゲル及び高分子液状シリコーンゴムをブレンドすることにより密着性と伝熱性に優れた放熱シートとすることが出来る。
【0019】このような本発明による放熱シートの厚さは100μm〜2mmであるのがよい。100μm未満であると、強度が不足し、また放熱特性が十分でない恐れがあり、一方2mmを超えた場合、放熱量は向上せず、取り扱いが不便になるという欠点を生じる。特に好ましくは0.2〜1mmである。
【0020】以下本発明による実施例を説明する。
【0021】
【実施例】マトリックス樹脂として2液性付加反応型シリコーンゲル(CY52−285A/B;商標名;東レ・ダウコーニング株式会社製)15重量%に2液性付加反応型液状シリコーンゴム(CY52−287A/B;商標名;東レ・ダウコーニング株式会社製)を15重量%ブレンドし、窒化ホウ素粉末(BN;商標名;AC株式会社製)、平均粒径200μmと50μmのブレンド比を変えたものを70重量%添加し実施例1〜3とした。
【0022】実施例4及び5のみアスペクト比が4〜5のカーボン繊維(ミルド・ファイバー:ダイヤリード6371M;三菱化学株式会社)を、さらに5重量%添加した。それぞれ配合撹拌後90℃プレスによりシート厚0.6mmに成型し、さらに150℃で2分硬化処理を施すことにより放熱シートを得た。
【0023】比較としてマトリックス樹脂の比率は実施例1〜5と同様であるが窒化ホウ素粉末200μm単独で70重量%添加し比較例1とし、窒化ホウ素粉末50μm単独で70重量%添加し比較例2とし同様に成型した。
【0024】実施例及び比較例で製造した放熱シートの熱伝導率を測定した結果を表1に示す。実施例1〜6は比較例1〜2に比べて熱伝導率が格段にアップしている。なおシートの熱伝導率測定は非定常細線加熱法(熱線法)/京都電子工業株式会社製 迅速熱伝導率計QTMー500(JIS R−2618)により測定し、熱伝導率は以下の式(1)で求めた。
【0025】
λ=q・ln(t2/t1)/4π(T2-T1) (1)
λ:試料の熱伝導率 [W/m・K]
q:ヒーターの単位時間、単位長さ当たりの発熱量 [W]
1、t2:測定時刻 [s]
1、T2:時刻t1、t2での温度 [K]
【0026】
【表1】


【0027】
【発明の効果】本発明によれば粒径の異なる窒化ホウ素をブレンドしてマトリックス樹脂に分散することにより、熱伝導性に優れた柔軟性のある放熱シートとすることが出来る。また所定のアスペクト比のカーボン繊維をマトリックス樹脂に分散させることにより、さらに熱伝導性に優れた放熱シートとすることが出来る。
【0028】このため、電子部品と放熱器間の凹凸がある複雑形状に配置され空隙をなくし冷却を行うことが可能であり、取り扱いが容易でかつ運搬および使用が簡便になるという大きな利点がある。

【特許請求の範囲】
【請求項1】 粒径が異なる2種類の窒化ホウ素をマトリックス樹脂に分散させて形成させた放熱シートであって、前記小さな粒径の窒化ホウ素の粒径を1としたとき、大きな粒径の窒化ホウ素の粒径は3〜4の範囲にあることを特徴とする放熱シート。
【請求項2】 前記小さな粒径の窒化ホウ素と大きな粒径の窒化ホウ素のブレンド比は7:3〜9:1(重量比)であることを特徴とする請求項1記載の放熱シート。
【請求項3】 前記大きな粒径の窒化ホウ素の粒径は100〜300μmであり、小さな粒径窒化ホウ素の粒径は20〜80μmのであることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の放熱シート。
【請求項4】 平均アスペクト比が4〜5のカーボン繊維を分散させたことを特徴とする請求項1〜請求項3記載のいずれかの放熱シート。
【請求項5】 前記カーボン繊維の分散量は全体の1〜5重量%であることを特徴とする請求項4記載の放熱シート。
【請求項6】 前記マトリックス樹脂はシリコーンゴムであることを特徴とする請求項1〜請求項5記載の放熱シート。
【請求項7】 前記マトリックス樹脂はシリコーンゲル及び高分子液状シリコーンゴムのブレンドからなることを特徴とする請求項6記載の放熱シート。