JP2001261851A - 異方性伝熱体 - Google Patents
異方性伝熱体Info
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Abstract
体まで効率よく伝える伝熱体であって、電子機器内部の
スペース形状および方向に合わせて任意に伝熱体を配置
することができ、且つ耐久性、電気絶縁性を有する異方
性伝熱体 【解決手段】発熱体から発生する熱を離れた放熱体へ伝
える炭素繊維が、炭素繊維を覆うゲル状の有機高分子層
と、さらにその外側を覆うゴム状弾性体の有機高分子層
との複層構造で覆われ、異方性伝熱体の両端に、マトリ
ックス中に炭素繊維が一方向に配列し埋設された接合部
を有することを特徴とする異方性伝熱体
Description
いられる電子部品等の発熱体が発する熱を離れた位置の
放熱体まで伝える異方性伝熱体に関するものである。
む電子機器においては、集積回路等の発熱体から発生し
た熱を放熱させるために、ヒートパイプ等の伝熱体と、
ヒートシンク、ファン等の放熱体とが、組み合わされて
利用されている。これは、小型の電子機器は、発熱体で
ある集積回路の上に放熱体を設けるための十分なスペー
スが確保できないため、電子部品の配置や残り少ないス
ペースを考慮して、発熱体から離れた位置に放熱体を設
け、発熱体から放熱体まで熱を伝える伝熱体を設置する
方法が用いられている。
伝導異方性から伝熱体の材料としての利用が検討されて
きている。例えば、特開平9−262917号公報で
は、熱伝導率の高い炭素繊維の両端のみを炭素や金属で
固定した可撓型伝熱体が提案されている。これは、炭素
繊維の固定材料に熱伝導の高い炭素や金属を用いること
で、発熱体および放熱体と炭素繊維の接触熱抵抗を下げ
た高い熱伝導性のある伝熱体を得るものであり、さらに
末端以外の炭素繊維は特に固定されていないため自在に
曲げることができる可撓型伝熱体である。
熱体は自在に曲げることができるが、炭素繊維の周囲を
保護していないため、曲げた時に破損し易く、組付け作
業性が悪いという問題や、さらに導電性のある炭素繊維
が、周囲の電子部品と接触して電子機器に悪影響を与え
る可能性があるという問題点等があった。また別に、複
数の炭素繊維が硬質樹脂で被覆保護された伝熱体もあっ
たが、炭素繊維の柔軟性を拘束してしまうために伝導体
の可撓性はなく、剛直なものであった。
問題を解決するものであり、発熱体から発生する熱を離
れた位置にある放熱体まで効率よく伝える伝熱体であっ
て、電子機器内部のスペース形状および方向に合わせて
任意に伝熱体を配置することができ、且つ耐久性、電気
絶縁性を有する異方性伝熱体を提供するものである。す
なわち、発熱体から発生する熱を離れた放熱体へ伝える
炭素繊維が、可撓性の有機高分子層で覆われていること
を特徴とする異方性伝熱体である。
維を覆うゲル状の有機高分子層と、さらにその外側を覆
うゴム状弾性体の有機高分子層との複層構造である異方
性伝熱体である。さらに、ゲル状の有機高分子層とゴム
状弾性体の有機高分子層との少なくとも一方に熱伝導性
充填剤が配合されている異方性伝熱体である。さらに、
ゲル状の有機高分子層が、シリコーンゲル層で、かつゴ
ム状弾性体の有機高分子層が、シリコーンゴム層である
異方性伝熱体である。さらに、上記記載の異方性伝熱体
の両端に、マトリックス中に炭素繊維が一方向に配列し
埋設された接合部を有する伝熱体である。
る。本発明の異方性伝熱体の代表的な形態は、図1に示
すように、異方性伝熱体1は、炭素繊維2が可撓性の有
機高分子層3内に配列されて埋設されているものであ
る。異方性伝熱体1は、一方の末端から入った熱を反対
側の末端に伝える。
示すように、異方性伝熱体1の両端に、発熱体8方向に
伝熱方向を向けるために、炭素繊維が埋設されている接
合体61、62が固着している伝熱体1である。異方性
伝熱体1および接合体61、6 2には、炭素繊維が一方
向に配列して伝熱経路を形成している。
接着剤や熱伝導性ゲルからなる固着層10にて固着され
ている。接合部は、二つで構成される。一つの接合体6
1は、マトリックス中に炭素繊維が同一方向に配向して
おり、炭素繊維の一端は発熱体と接触する底面側に、も
う一端は異方性伝熱体と接触する側面側に向かっている
ため、発熱体から発生する熱を異方性伝熱体の末端に伝
えるのに効果的である。もう一つの接合体62は、マト
リックス中に炭素繊維が同一方向に配向しており、炭素
繊維の一端は放熱体と接触する底面側に、もう一端は異
方性伝熱体と接触する側面側に向かっているため、異方
性伝熱体の末端から伝わってくる熱を放熱体に伝えるの
に効果的である。
長繊維状の炭素繊維であれば、繊維径、繊維の表面状
態、および繊維を作る原料の種類は特定しないが、繊維
方向において400W/m・K以上の熱伝導率を持つ炭
素繊維が好ましい。本発明の可撓性の有機高分子層は、
電気絶縁性、柔軟性を有する素材からなる有機高分子層
であればよいが、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタ
レート等のポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、シリ
コーン系、フッ素系等が挙げられる。これらの素材の樹
脂シート、熱収縮チューブ、ゴム状弾性体等を用いると
容易に層を形成することができる。
炭素繊維の間隙をゲル状の有機高分子で充填し、その外
側をゴム状弾性体で覆う複層構造にすることで、異方性
伝熱体を曲げた際に炭素繊維の切断を防ぐことができ
る。これらの素材は、耐熱性、電気絶縁性、柔軟性、加
工性等からゲルはシリコーンゲル、ゴム状弾性体はシリ
コーンゴムが好適である。さらに、柔軟に曲がるため
に、有機高分子層はなるべく薄厚であることがより好ま
しい。
性を上げるために熱伝導性充填剤を配合してもよい。熱
伝導性充填剤には、公知の高熱伝導性である金属やセラ
ミックス、有機繊維などが挙げられる。例えば、金属と
しては銀、銅、アルミニウム等、セラミックスとしては
窒化ケイ素、窒化ホウ素、酸化アルミニウム等、有機繊
維としてはポリベンゾイミダゾール等があり、またその
ほかにもグラファイト等の配合が可能である。
高分子層中に分散配合することにより、熱伝導性をさら
に向上させることができる。ただし、異方性伝熱体は周
囲の電子部品に対して電気絶縁性である必要があるた
め、有機高分子層中に熱伝導性充填剤を配合する場合、
その少なくとも最外層には、導電性がある金属やグラフ
ァイト等の配合を避けることが好ましい。
向し埋設されていることで高い熱伝導性と熱伝導異方性
を有する。接合部のマトリックスは、エポキシ樹脂、フ
ェノール樹脂、シリコーンゴムなど液状の状態を経て任
意のブロック状に硬化することができ、100℃程度の
熱に耐えうる耐熱性高分子材料であれば限定するもので
はない。
以外に、熱伝導性のあるセラミックスを用いて硬化させ
たものでもよい。さらに熱伝導性を上げるために上記の
マトリックスに前述の熱伝導性充填剤を混ぜたものを用
いてもよい。以下、図に示す実施例を具体的に説明す
る。しかしこれによって発明が限定されるものではな
い。
方向に配列した炭素繊維2を覆う可撓性の有機高分子層
3が、炭素繊維2を覆うシリコーンゲルからなる有機高
分子層4と、さらにその外側を覆うシリコーンゴムから
なる有機高分子層5との2層からなる複層構造である異
方性伝熱体1である。この異方性伝熱体1をを用いる
と、図5に示したように、ノート型パソコンにおける集
積回路の発熱体8から発生した熱を液晶モニターの裏面
の放熱体9に効率よく伝えることができた。
で得た異方性伝熱体1の両端に、エポキシ樹脂中に炭素
繊維1を一方向に配列し埋設させた接合体6を、それぞ
れ別体に形成して、熱伝導性接着剤による固着層10で
繋いだ伝熱体である。図3に示すような接合体を繋ぐこ
とによって、伝熱体端部の炭素繊維の向きを任意に設定
でき、発熱体および放熱体との接触面に対して平面平行
方向に異方性伝熱体端部を延ばして熱を伝えることがで
きた。
熱体1の炭素繊維2を接合体6にも埋設させ、同一の炭
素繊維2で異方性伝熱体1と接合体6とを繋いだ伝熱体
である。本実施例は、炭素繊維よりも熱伝導率が低い熱
伝導性接着剤や熱伝導性ゲル等の固着層を用いていない
ので、固着層による熱の伝達のロスが無くなり、より多
くの熱を効率良く放熱体に伝えることができた。この異
方性伝熱体1を用いると、図5に示したように、ノート
型パソコンにおける集積回路の発熱体8から発生した熱
を液晶モニターの裏面の放熱体9に効率よく伝えること
ができた。
に、接合体7の発熱体8との接触面を発熱体8の形状あ
るいは面積に合わせた形状とし、他方を伝熱体1の接合
面の大きさとするようにして、それぞれの接合面の大き
さを変えても良い。また、図6(イ)に示すように、接
合体6と伝熱体1との間に補助接合体11を介在させて
連結させるようにしても良い。このような構成とするこ
とにより、より伝熱効果をあげることが可能である。
をシリコーンゴムなどの有機高分子層で覆い保護するこ
とにより、炭素繊維が周囲の電子部品と接触することが
無く、さらに組付け作業性が非常に向上する。また、炭
素繊維間の間隙をシリコーンゲルなどのゲル状の有機高
分子で充填することで、炭素繊維が切断され難くしかも
高い柔軟性をもつ効果がある。これにより、集積回路な
どから発生した熱をモニターの裏面等の放熱体に伝える
ことが可能となる。さらに、熱伝導率が400W/m・K以
上の炭素繊維の束を使用することで、より高い熱伝達能
力を発揮する。
熱経路を形成しているため、全面が熱くなる金属などに
比べて効率よく熱を運ぶことができ、高い熱輸送効果が
得られる。以上から、本発明の伝熱体および接合体は、
発熱体から放熱体に向かって大量の熱を運ぶことが可能
であり、さらに周辺の回路基板や電子部品に影響を与え
ることなく、また柔軟に曲がるため発熱体から放熱体ま
で小スペースでも自在に設置することができる。
態の縦断面図
面図
縦断面図
Claims (5)
- 【請求項1】発熱体から発生する熱を離れた放熱体へ伝
える炭素繊維が、可撓性の有機高分子層内に一方向に配
列されて埋設されていることを特徴とする異方性伝熱
体。 - 【請求項2】可撓性の有機高分子層が、炭素繊維を覆う
ゲル状の有機高分子層と、さらにその外側を覆うゴム状
弾性体の有機高分子層との複層構造であることを特徴と
する請求項1に記載の異方性伝熱体。 - 【請求項3】ゲル状の有機高分子層とゴム状弾性体の有
機高分子層との少なくとも一方に熱伝導性充填剤が配合
されていることを特徴とする請求項2に記載の異方性伝
熱体。 - 【請求項4】ゲル状の有機高分子層が、シリコーンゲル
層であり、かつゴム状弾性体の有機高分子層が、シリコ
ーンゴム層であることを特徴とする請求項2あるいは3
に記載の異方性伝熱体。 - 【請求項5】請求項1、2、3あるいは4に記載の異方
性伝熱体の両端に、発熱体あるいは放熱体方向に伝熱方
向を向けるための、マトリックス中に炭素繊維が一方向
に配列し埋設された接合体を有することを特徴とする異
方性伝熱体。
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