CN1508865A - 散热片 - Google Patents

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町田政广
����һ
太田明
清水光一郎
出牛雄一
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Abstract

提供不受冷却对象的零部件的形状与配置的制约且容易制造的散热片。此散热片具有挠性而构成为：在具有导热性的挠性吸热层表面形成具有红外辐射效应的挠性热辐射膜，而在此吸热层的背面则形成由导热性粘合剂组成的粘合层。

Description

散热片
技术领域
本发明涉及光学元件和功率半导体等各种电子元件以及电子/电气制品的冷却用的散热片。
背景技术
以往的散热片是在远外红辐射率高的堇青石粉体烧成的陶瓷板散热层一方的表面上经非电解镀层或蒸镀而形成有铜膜导电层的散热板导电层，再将这一面通过导热性良好的导热性粘合剂粘合到安装电子元件的基板上，对电子元件发生的热进行散热(例如特许(公开)NO.10-116944(第3页0018-0021，图1))。
但在上述先有技术中由于是把粉体烧成的陶瓷板用作散热层，因而散热层的刚性高，当贴附散热板的发热元件的表面不是平面而是弯曲的情形时，就有贴附困难的问题。
此外，由于散热层为陶瓷板而难以切断，为了获得用作散热片的所需形状，必须有成形用的金属模具，这不仅适应性差而且散热片的制作也困难，从而存在有使制造者花费太多劳力的问题。
发明内容
本发明正是为了解决上述各问题而提出的，目的在于提供能不受冷却对象的零部件形状与配制等限制且容易制作的散热片。
为了解决上述问题，本发明的散热片的特征在于，它是在具有导热性的挠性吸热层的表面上形成具有红外辐射效应的挠性热辐射膜，而于上述吸热层的背面形成由导热性粘合剂组成的粘合层，由此使其具有挠性。
附图说明
图1是示明本发明实施形式的透视图。
图2是示明上述实施形式的散热片的配置状态的透视图。
图3是示明评价试验1的测定点的说明图。
图4是示明评价试验2的散热板的侧视图。
图5是示明评价试验2的发热体的透视图。
图6是示明评价试验2的散热片贴附件的分解透视图。
图7是示明评价试验2的铝板贴附件的分解透视图。
图8是示明评价试验3的发热体的透视图。
图9是示明评价试验3的散热片贴附件的分解透视图。
图10是示明评价试验3的铝片贴附件的分解透视图。
图11是示明评价试验3的温度测定电路的电路图。
图12示明评价试验4的发热体的透视图。
图13示明评价试验4的散热片贴附件的分解透视图。
图14示明评价试验4的表面温度测定点的说明图。
图中标号的意义如下：1，散热片；2，吸热层；3，热辐射膜；4，粘合层；5，发热体；6，散热板；7，加热器；8，温度测定器。
具体实施形式
下面参考附图说明本发明的散热片的实施形式。
图1是示明本发明的散热片实施形式的透视图，图2是示明此散热片配置状态的透视图。
如图1所示，散热片1包括吸热层2、热辐射膜3与粘合层4。
吸热层2是采用铝或其合金、铜或其合金、不锈钢等金属的具有导热性的薄板，使之具有能以较小的力弯曲的挠性。
热辐射膜3是吸热层2表面上形成的涂膜，具有能将所传导的热变换为红外线或远红外线辐射的红外辐射效应，同时具有可由较小的力弯曲的挠性。
这种热辐射膜是将包含有氧化硅与氧化铝的粉体中配合有粘合剂等液体例如紫胶α[紫胶(セラツク)(株)，商标登记第4577163号]，通过喷涂等直接吹附于吸热层2的表面上，然后使涂膜干燥而形成。
此外，为了形成相同的涂膜，还存在有在包含硅树脂的乳胶中使含有高岭土、氧化硅、氧化铝等粉体的组合物，但热辐射膜3的形成并不局限于上述例子，只要能形成具有红外辐射效应与挠性涂膜的即可。
粘合层4是把混合有导热性粘合剂或导热性物质的导热性粘合剂贴附或涂布到吸热层2的背面上而形成。
图2中，于发热体5的表面上通过粘合层4贴附散热片1。
上述发热片1的吸热层2、热辐射膜3与粘合层4分别由能充分承受发热体5的发热温度的材料制作，由在发热体的发热温度下不熔融的材料构成。
现在说明上述结构的作用。
在制造本实施形式的散热片1时，对用于吸热层2的较大型的金属材料薄板施行与这种材料相适应的脱脂、表面处理等预处理。
然后在此吸热层2的表面上用毛刷、喷涂、印刷、浸渍等，将用于形成热辐射膜3的液体例如上述的紫胶α或乳胶性组成物直接涂布以形成均匀的膜，使之于常温下干燥而形成热辐射膜3。
上述情形的干燥也可用干燥炉进行，例如可以用干燥炉于约125℃下进行约1小时的干燥，这样能提高制作速度。
干燥处理后，根据发热体5的形状通过剪裁、冲压、分割以及激光等切断装置，将散热片形成所希望的形状。
然后于吸热层2的背面贴附导热性粘合剂的带或是涂布混合了导热性物质的导热性粘合剂而形成粘合层4。
至于散热片1的成形，既可以在上述干燥处理后通过导热性粘合剂的带的贴附或涂布来形成粘合层4，也可以在干燥处理后由切断装置将其形成所希望的形状。
这种散热片1如图2所示，以散热片1的热辐射膜3为外侧，通过粘合层4将散热片1贴附到发热体5上。
此时，本实施形式的热辐射膜3由于是粘合到通过较软的硅树脂等粘合剂粘合到含有粉体且具有可挠性的吸热层2的表面，因而散热片1本身具有挠性，即使发热体的表面形状为凸形或凹形，也易贴附到散热片1上。
这样就能容易和即时地将散热片1装附到需要冷却的发热体5上。
当发热体5经通电等开始发热后，由于这种热是通过同周围空气层的热传递进行，散热效果极差，故集中到导热性高的导热性粘合剂组成的粘合层4来传递，再传递到吸热层2。
流入吸热层2的热通过热辐射膜3变换为红外线或远红外线，从热辐射膜3向外部散热。
由此，贴附有散热片1的发热体5便冷却而降低发热体5的温度，保持具有温度依存性的电子元件等的性能而防止误操作等。
为了评价上述散热片1的冷却效应，进行了以下所示的四种评价试验。
评价试验1
评价试验1用的试样有：图3所示的硅橡胶加热器(宽50mm、长100mm、厚1mm，额定功率45W)作为发热体的发热体单件；将本实施形式的以铝合金为吸热层的散热片1(宽50mm、长100mm，热辐射膜厚0.15mm、吸热层厚0.3mm、粘合层厚0.18mm)贴附到上述硅橡胶加热器上的散热片贴附件；以及为了进行比较而从上述散热片1除去热辐射膜的，即贴附有作为图4所示吸热层2的铝合金的铝板(宽50mm、长100mm、板厚0.3mm)与粘合层4(粘合层厚0.18mm)构成的散热板6的铝板贴附件3种。
本评价试验中用的热辐射膜3是把上述紫胶α喷涂到吸热层2的表面上形成的涂膜。
粘合层4则是把导热性粘合剂的带[太阳金纲(株)制的(thermattach(热接附)带，型号T405)贴附于吸热层2的背面而形成。
评价试验1的冷却效应的评价是在温度25℃、湿度45％无风的恒温恒湿槽内分别设置上述三种试样且使之不接触网栏，给硅橡胶加热器通电，于图3所示的测定点A、测定点B、测定点C的内外设置热电偶，测定其表面温度(各试样的表面与背面的温度)。
表1中所示为在上述情形下给硅橡胶加热器通电30分钟，于温度达到平衡状态后所测定这些试样于各测定点的温度。
                                    表1
    项目    发热体单件         铝板贴附件        散热片贴付件
    测定温度   测定温度   温度变化率   测定温度   温度变化率
表面 测定点A     164.4℃   158.9℃   -3％   121.0℃   -26％
测定点B     147.9℃   133.3℃   -10％   121.2℃   -18％
测定点C     147.6℃   136.5℃   -8％   112.3℃   -24％
背面 测定点A     163.5℃   157.3℃   -4％   146.7℃   -10％
测定点B     146.2℃   137.4℃   -6％   128.7℃   -12％
测定点C     156.0℃   148.9℃   -5％   141.4℃   -9％
评价试验1的评价结果
如表1所示，本实施形式的散热片贴附件相对于发热体单件的温度变化率，后表面上降低了18～26％，在背面上降低了9～13％，而同时进行试验比较的铝板贴附件的表面上降低了3～10％，在背面上则降低了4～6％，即这种温度变化率的降低有了很大提高，由此判定了本实施形式的散热片1在无风的环境下具有优越的冷却效果。
评价试验2
评价试验2中所用的试样包括如下三种：在图5所示的作为发热体5的不锈钢板(宽40mm、长40mm、厚20mm)上组装有两个额定功率为100W的加热器7和用于测定中央部分温度的温度测定器8的发热体单件；将本实施形式的铝合金作为吸热层2的散热片1(热辐射膜厚度0.1mm、吸热层厚度1mm、粘合层厚度0.18mm)贴附到图6所示的发热体5的5个面上的散热片贴附件(于各面上分别贴附宽40mm、长40mm的散热片1共两片，宽20mm、长40mm的散热片1共3片)；以及为进行比较，将与上述评价试验1相同的散热片6(铝板板厚1mm、粘合层厚0.18mm)贴附到图7所示的发热体5的5个面上的铝板贴附件(于各个面上，分别贴附宽40mm、长40mm的散热板6两块，宽20mm、长40mm的散热板6三块)。
本评价试验用的热辐射膜3是把上述乳胶性组成物喷涂到吸热层2表面上形成的涂膜。是把信越化学工业(株)制制品“POLON-MF-56”用作包含硅树脂的乳胶性物，其组成按重量比为：乳胶51而于其中添加混合有高岭土12.5、氧化硅8、氧化铝13、氧化钛5与氧化锆8。
粘合层4与上述评价试验1的粘合层4相同。
评价试验2的冷却效应的评价是在温度25℃、湿度45％无风的恒温恒湿槽内分别设置三种试样，给加热器7通电，以图4所示的温度测定器8测定发热体中央部分的温度。
表2示明在上述条件下分别给加热器7供给电功率2W、5W、8W经2小时通电，在发热体5的温度达到平衡状态后所测定的各试样的测定温度。
表2
项目 施加的电功率   发热体单件 铝贴附件 散热片贴附件
测定温度 2W   60.2℃ 58.4℃ 48.8℃
5W   98.8℃ 98.5℃ 76.0℃
8W   133.6℃ 134.8℃ 102.6℃
温度变化率 2W   基准 -3％ -19％
5W   基准 -0.3％ -23％
8W   基准 0.9％ -23％
评价试验1的评价结果
如表2所示，本实施形式的散热片贴附件相对于发热体单件的温度变化率，在供给的电功率2W下降低了19％，在5W下降了23％，在8W下也降低了23％，对于同时试验的用于比较的铝板贴附件，则在2W下降低了3％，在5W下降低了0.3％而在8W下则增大了0.9％，与之相比，这种降低率有很大提高，可以判定本实施形式的散热片在无风环境下有优越的冷却效果。
评价试验3
评价试验3用的试样共有下述5种：图8所示的将组装有电阻与二极管的测定用半导体元件(宽12.4mm、长12.4mm、厚1.3mm)作为发热体5的发热体单件；本实施形式的将铝合金用作吸热层2的散热片1(宽10.5mm、长10.5mm、热辐射膜厚0.1mm、吸热层厚1mm与0.3mm、粘合层厚1mm)贴附到图9所示发热体5表面上的散热片贴附件；以及用于比较的将上述评价试验1中相同的散热板6(宽10.5mm、长10.5mm、铝板板厚1mm与0.3mm、粘合层厚1mm)贴附于图10所示发热体5表面上的铝板贴附件。
本评价试验用的热辐射膜3是与上述评价试验1相同的乳胶性组成物形成的热辐射膜。
粘合层4则是把导热性粘合剂的带(住友3M(株)制丙烯酸酸酯带，型号9894FR)贴附到吸热层2背面上而形成。
评价试验3的冷却效应的评价是在温度25℃、温度45％、无风的恒温恒湿槽内分别设置5种试样，与测定用半导体元件的二极管和电阻构成了图11所示测温电路。
测定温度时是在将来同恒定电流电源的恒定电流流过测定用半导体元件的二极管中的状态下，测定二极管的阳极与阴极间的电压，根据下式进行计算：
发热体温度＝(基准电压-测定电压)/温度计数+基准温度    .....(1)
此外，在目标电功率的供给中，把测定用半导体元件的电阻作为加热装置，为了总能供给同一目标电功率，可测定此电阻两端的电压与电流，通过可变电源装置将下式所示的电压加到上述电阻上：
施加电压＝(目标电功率·现在的电压/现在的电流)0.5    ......(2)
通过式(1)进行的温度测定由于是在一定条件下进行的测定，故可把上述相关的电压计与电流计、可变电源装置同装配有自动测定程序的电子计算机进行电信连接，通过这一***作周期地测定而将此测定结果存储于电子计算机中，由此来进行此依据式(1)的温度测定。
表3示明上述情形下以目标电功率为1W-将式(2)的电压施加于电阻共20分钟，在发热体5的温度达到平衡状态后所测定的各试样的测定温度。
表3
项目 发热体单件 铝板贴附件 散热片贴附件
板厚1.0mm 板厚0.3mm 吸热层1.0mm 吸热层0.3mm
测定温度 149.8℃ 139.0℃ 136.6℃ 136.2℃ 129.7℃
温度变化率 基准 -7％ -9％ -9％ -13％
评价试验3的结果
如表3所示，本实施形式的散热片贴附件相对于发热体单件的温度变化率，在吸热层2厚1mm时降低了9％，厚0.3mm时降低了13％，同时用于进行试验比较的铝板贴附件在厚1mm时降低了7％而在厚0.3mm时降低了9％，比较结果是这种降低率提高了，判定了本实施形式的散热片1在无风环境下具有优越的冷却效应。
此外可知，减薄吸热层2可进一步提高冷却效应。
评价试验4
评价试验4用的试样有两种：将图12所示的硅橡胶加热器(宽50mm、长100mm、额定功率45W)作为发热体5的发热体单件；以及本实施形式的将铝合合金作为吸热层2的散热片1(宽50mm、长100mm、热辐射膜厚0.1mm、吸热层厚0.3mm、粘合层厚0.18mm)贴附于图13所示发热体5的表面上的散热片贴附件。
本评价试验用的热辐射膜是与上述评价试验2同样的由乳胶性组成物形成的热辐射膜，粘合层4与上述评价试验1的粘合层4相同。
评价试验4的冷却效应的评价是把这两种试样分别设在温度25℃、湿度45％、无风的恒温恒湿槽内，给用作发热体硅橡胶加热器通电，用温度记录器测定图14所示9个测定点的温度。
表4示明在上述情形下以供给的电功率10W、18W分别对发热体5进行2小时通电，在发热体5的温度达到平衡状态后所测定的各试样中测定点的表面温度(发热体单件中为发热体5的表面温度，散热片贴附件中则为热辐射层3的表面温度)。
表4
                                       单位：℃
测定点  发热体单件  散热片贴附件
 10W  18W  10W  18W
 1  104.9  154.1  77.3  100.5
 2  90.1  132.9  80.1  100.5
 3  107.1  155.0  79.0  104.7
 4  109.7  161.1  79.8  108.8
 5  97.1  136.5  81.4  110.8
 6  111.3  158.8  80.6  109.7
 7  95.7  137.0  73.8  106.6
 8  86.2  117.1  73.7  109.2
 9  98.5  139.7  70.0  106.9
 平均值  100.1  143.6  77.3  106.4
 标准偏差  8.8  14.6  3.9  3.8
 相对于发热体单件的平均值变化率  -23％  -26％
 相对于发热体单件的标准偏差变化率  -55％  -74％
评价试验4的评价结果
如表4所示，本实施形式的散热片贴附件的表面温度与发热体单件的表面温度相比，平均温度与标准偏差都降低了，平均温度的变化率在供给的电功率为10W时降低了19％，为18W时降低了26％，而标准偏差的变化率在供给的电功率为10W时降低了55％，为18W时降低了74％。
由此可以判定本实施形式的散热片在无风环境下除有优越的冷却效应外，还能发挥出优化表面温度均匀化的特性。
这种表面温度均匀化的特性，特别是在电阻等发热部位分散于集成电路等发热体5的各处时为有效。
如上所述，在本实施形式中通过于吸热层的表面上形成具有红外辐射效应的热辐射膜，能够获得在优化冷却效应的同时发挥优化表面温度均匀化特性的散热片。
此外，通过以热辐射膜作为涂膜和以铝或不锈钢等薄金属材料构成吸热层，就能由切断方法成形，这样就可容易地制成与发热体形状相配合的适当形状的散热片，而且可减轻制造者的负担。
通过由具有挠性的热辐射膜与吸热层构成具有挠性的散热片，即使发热体的表面形状为凸形或凹形，也能利用散热片的挠性容易地进行贴附。
借助上述可挠性与成形性，能够制成不依赖于冷却对象部件形状的可发挥优越的冷却特性的散热片。
通过于吸热层的背面设置由导热性粘合剂组成的粘合层，散热片就可借助自身的粘合性贴附到斜置、垂直设置成倒置的电子元件上，不论如何配置发热体都可使其冷却。
还由于能够以与发热体相同大小的薄的散热片获得优越的冷却效应，就能对以往极难用带风扇等散热器冷却的狭窄场所所设置的集成电路容易地而且是进行无风的冷却，于是可以省除冷却用风扇和带风扇的散热器，实现电子装置的小型化、简洁化，同时可以降低能耗。
通过将紫胶α与乳胶性组成物等直接涂布到吸热材料上形成热辐射膜再通过粘合层将其贴附，就能对难以直接形成上述热辐射膜的零部件例如集成电路等难以进行脱脂等前处理的元件或是马达的机壳等已进行过涂装等部件进行这种贴附，有效地对这类发热体进行冷却。
再有，在上述实施例中基本上是对发热体整个表面贴附散热片进行图示说明，但也可将散热片贴附到需要冷却的部位，也可以在需要进行局部冷却的情形将其贴附到相关的局部处。
如上所述，本发明通过于挠性吸热层的表面形成具有红外辐射效应和挠性的热辐射膜且在其背面设置由导热性粘合剂组成的粘合层，就能获得不受冷却对象零部件形状与配置的制约，且容易制造和具有优越冷却效应的散热片的效果。

Claims (6)

1.一种散热片，其特征在于，具有挠性，包括：具有导热性的挠性吸热层；在此吸热层表面上形成的具有红外辐射效应的挠性热辐射膜；形成在此吸热层背面上的由导热性粘合剂组成的粘合层。
2.根据权利要求1所述的散热片，其特征在于，上述具有红外辐射效应的热辐射膜是通过涂布含氧化硅与氧化铝的液状体形成的涂膜。
3.根据权利要求1所述的散热片，其特征在于，上述具有红外辐射效应的热辐射膜是通过涂布含高岭土的乳胶性组成物形成的涂膜。
4.根据权利要求1所述的散热片，其特征在于，上述吸热层是薄的金属板。
5.根据权利要求1所述的散热片，其特征在于，上述具有红外辐射效应的热辐射膜是通过涂布含氧化硅与氧化铝的液状体形成的涂膜，而上述吸热层是薄的金属板。
6.根据权利要求1所述的散热片，其特征在于，上述具有红外辐射效应的热辐射膜是通过涂布含氧化硅与氧化铝的液状体形成的涂膜，而上述吸热层是薄的金属板。
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