JP2007012913A - 放熱シート及び放熱構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 放熱構造11は、放熱シート21と、筐体12と、発熱体13とを備える。放熱シート21は、グラファイトシート22と、その表面22a上に設けられる電気絶縁性の弾性層23とを備える。グラファイトシート22の平均厚さは300μm以下である。弾性層23は、粒子状の熱伝導性充填材を含有する弾性組成物から形成される。弾性層23の平均厚さは10〜280μmである。熱伝導性充填材の平均粒径は、弾性層23の平均厚さの50%以下である。弾性組成物において、熱伝導性充填材の含有量は30体積%以上であり、且つ平均粒径が弾性層23の平均厚さの95%以上である熱伝導性充填材の含有量は15体積%未満である。筐体12内の自由空間12aの体積は、筐体12の容積の20%未満である。
【選択図】 図1
Description
請求項4に記載の発明は、前記高分子マトリックスがシリコーンゴム又はポリイソブチレンゴムであり、前記バリア層がアクリル系樹脂材料により形成されている請求項2又は請求項3に記載の放熱シートを提供する。
請求項7に記載の発明は、前記グラファイトシートの平均厚さが80〜130μmであり、前記弾性層の平均厚さが20〜170μmであり、前記熱伝導性充填材の平均粒径は、前記弾性層の平均厚さの1〜45%であり、前記弾性組成物中の熱伝導性充填材の含有量が40〜75体積%である請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の放熱シートを提供する。
図1に示すように、本実施形態の放熱構造11は、放熱シート21と、筐体12と、該筐体12内に設けられる複数の発熱体13とを備える。放熱シート21は、グラファイトシート22と、該グラファイトシート22の表面22a上に設けられる弾性層23と、グラファイトシート22及び弾性層23の間に設けられるバリア層24とを備える。
本実施形態の放熱シート21は、グラファイトシート22及び弾性層23を備えている。グラファイトシート22の熱伝導性は、主にグラファイトシート22の表面22aに平行な方向に発揮される。弾性層23は熱伝導性充填材を備え、熱伝導性充填材の含有量は30体積%以上である。さらに、弾性層23の平均厚さの上限は280μmである。そのため、発熱体13から発生した熱は、効率的にグラファイトシート22へ伝導された後、グラファイトシート22の表面22aに平行な方向に拡散されるとともに、グラファイトシート22から放散される。従って、放熱シート21は、発熱体13から発生した熱を効率的に拡散させることができ、電子機器内等での局所的な蓄熱を回避することができる。
グラファイトシート22の表面23a上にアルミニウム箔層が設けられてもよい。この場合、アルミニウム箔層は、グラファイトシート22の一対の表面22aの一方のみに設けられてもよし、両方の表面22aに設けられてもよい。さらに、アルミニウム箔層は、グラファイトシート22の全体にわたって設けられてもよいし、グラファイトシート22の一部にのみ設けられてもよい。グラファイトシート22とバリア層24との間に設けられたアルミニウム箔層は、発熱体13からグラファイトシート22への熱伝導を促進する。グラファイトシート22の表面23a上においてバリア層24及び弾性層23が設けられた箇所以外に設けられたアルミニウム箔層は、グラファイトシート22からの放熱を促進する。さらに、アルミニウム箔層はグラファイトシート22の補強材として作用し、例えば放熱シート21の取扱い時、又は曲げ加工時に、グラファイトシート22が割れたり、放熱シート21から脱落したりすることを抑制することができる。
放熱シート21上にヒートシンク等の冷却部材が載置されてもよい。この場合、発熱体13からの放熱効率が高められ得る。
(実施例1〜13及び比較例1〜14)
実施例1においては、高分子マトリックスとしてのシリコーンゲル(東レ・ダウコーニング株式会社製のCY52−291)に、熱伝導性充填材としての球状アルミナ(株式会社マイクロン製)を混合して弾性組成物を調製した後、該弾性組成物から弾性層23を形成した。また、アクリル系樹脂材料としてのポリアクリレート(株式会社カネカ製のSA100A)100重量部に、硬化剤(株式会社カネカ製のCR500)2重量部、老化防止剤1重量部、及び触媒0.05重量部を混合してポリアクリレート組成物を調製した。次いで、ポリアクリレート組成物をグラファイトシート22(グラフテック株式会社製)の一方の表面22a上に塗布し、ポリアクリレート組成物の加熱硬化によってバリア層24を形成した。そして、圧着によりバリア層24上に弾性層23を積層して放熱シート21を得た。熱伝導性充填材の平均粒径、平均粒径が弾性層23の平均厚さの95%以上である熱伝導性充填材の含有量、弾性組成物中の熱伝導性充填材の含有量、並びにグラファイトシート22及び各層23,24の平均厚さを表1に示す。
比較例1〜13においては、熱伝導性充填材の平均粒径等を表3及び表4に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして放熱シート21を得た。表1〜4において、“95%以上粒径の割合”欄の各値は、平均粒径が弾性層23の平均厚さの95%以上である熱伝導性充填材の含有量を示し、“含有量”欄の各値は、弾性組成物中の熱伝導性充填材の含有量を示す。表3及び表4において、“熱伝導性充填材”欄中の“平均粒径”欄等での“−”は、弾性層23が熱伝導性充填材を備えていないことを示す。“平均厚さ”欄中の“グラファイトシート”欄等での“−”は、放熱シート21がグラファイトシート等を備えていないことを示す。そして、各例の放熱シート21について、下記の各項目に関して測定又は評価を行った。その結果を表1〜4に示す。
弾性層23を有する放熱シート21について、JIS K 6253に準拠してタイプAデュロメータによって弾性層23の硬度を測定した。
各例のグラファイトシート22、及び弾性層23から円板状の試験片(直径:10mm)を得た後、熱定数測定装置(理学電機株式会社製のLF/TCM−FA8510B)を用いたレーザーフラッシュ法により試験片の熱伝導率を測定した。グラファイトシート22から得た試験片については、該試験片の表面に平行な方向、及び試験片の厚さ方向の両方について熱伝導率を測定した。弾性層23から得た試験片については、該試験片の厚さ方向の熱伝導率を測定した。グラファイトシート22から得た試験片の表面に平行な方向の熱伝導率を各表の“グラファイトシート(表面)”欄に示し、グラファイトシート22から得た試験片の厚さ方向の熱伝導率を各表の“グラファイトシート(厚さ)”欄に示し、弾性層23から得た試験片の厚さ方向の熱伝導率を“弾性層”欄に示す。
各例の放熱シート21を、セラミックヒータ(坂口電熱株式会社製のマイクロセラミックヒータ MS−3、発熱量:25W、上面:縦10mm×横10mm)と、冷却部材としてのヒートシンクとの間に介在させた状態で、加圧機により10N/cm2の荷重を放熱シート21に加えた。次いで、セラミックヒータに通電した後、10分間放置した。10分経過後の放熱シート21において、セラミックヒータ側の表面22aの温度と、ヒートシンク側の表面22aの温度とを測定し、下記式から熱抵抗値を求めた。下記式において、θj1はセラミックヒータ側の表面22aの温度を示し、θjoはヒートシンク側の表面22aの温度を示す。
<体積抵抗率>
各例の放熱シート21について、JIS K 6239に準拠して体積抵抗率を測定した。
図3(a)及び(b)に示すように、各例の放熱シート21をセラミックヒータ15(坂口電熱株式会社製のマイクロセラミックヒータ MS−3、発熱量:9W、上面:縦10mm×横10mm)に取り付けた後、セラミックヒータに通電して10分間放置した。次いで、10分経過後のセラミックヒータ15の上面の中心Bの温度を測定した。更に、放熱シート21におけるセラミックヒータ15に対向していない側の表面において、前記中心Bに対応する箇所Cの温度を測定するとともに、セラミックヒータ15の中心から280mm離れた箇所Dの温度を測定した。そして、中心B及び箇所C,Dの温度から、下記式により各温度差を求めた。また、比較例14として、放熱シート21を省略した状態での10分通電後のセラミックヒータ15の前記中心Bの温度を測定した。
ΔT2(℃)=(箇所Cの温度(℃))−(箇所Dの温度(℃))
<柔軟性>
各例の放熱シート21について、それらの硬度等に基づいて柔軟性を評価した。各表の“柔軟性”欄について、“◎”は、放熱シート21が優れた柔軟性を発揮し、放熱シート21が折り曲げられても放熱シート21の表面にシワ及び割れが発生しないことを示す。“○”は、放熱シート21が良好な柔軟性を発揮し、放熱シート21の通常の使用では放熱シート21の表面にシワ及び割れが発生しないことを示す。“×”は、放熱シート21の柔軟性が低く、放熱シート21の表面にシワ及び割れが発生し易いことを示す。
各例の放熱シート21について、<熱拡散性>において放熱シート21をセラミックヒータ15に取り付けた際のセラミックヒータ15の表面形状への放熱シート21の追従性について評価した。各表の“追従性”欄について、“◎”は、放熱シート21が優れた追従性を発揮し、放熱シート21の接触熱抵抗が極めて低いことを示す。“○”は、放熱シート21が良好な追従性を発揮し、放熱シート21の接触熱抵抗が低いことを示す。“×”は、放熱シート21の追従性が低く、放熱シート21の接触熱抵抗が高いことを示す。
各例の放熱シート21について、セラミックヒータ15側の表面の粘着性を評価した。各表の“粘着性”欄について、“◎”は、放熱シート21が優れたリワーク性を発揮することができる程度の粘着性を有することを示す。“○”は、放熱シート21が良好なリワーク性を発揮することができる程度の微粘着性を有することを示す。“×”は、放熱シート21は粘着性を有するものの、放熱シート21の粘着性が低いことから、放熱シート21はリワーク性を有さないことを示す。
各例の放熱シート21について、セラミックヒータ15側の表面の平滑性を評価した。各表の“表面の平滑性”欄について、“◎”は放熱シート21の表面が高い平滑性を有することを示し、“○”は放熱シート21の表面が良好な平滑性を有することを示す。“×”は、放熱シート21の表面の平滑性が低く、放熱シート21の表面において、熱伝導性充填材に起因する凸部と、表面欠陥、例えば熱伝導性充填材の脱落に起因する凹部とが目立つことを示す。
各例の放熱シート21についてハンドリング性を評価した。各表の“ハンドリング性”欄について、“◎”は放熱シート21の取扱いが非常に容易であることを示し、“○”は放熱シート21の取扱いが容易であることを示し、“×”は、放熱シート21の取扱いが困難であり、目的とする位置に放熱シート21を取り付けることが難しいことを示す。
Claims (8)
- 発熱体上に設けられるグラファイトシートと、該グラファイトシートの発熱体に対向する表面上に設けられる電気絶縁性の弾性層とを備え、
前記グラファイトシートの平均厚さが300μm以下であり、
前記弾性層は、高分子マトリックスと、粒子状の熱伝導性充填材とを含有する弾性組成物から形成され、
前記弾性層の平均厚さが10〜280μmであり、
前記熱伝導性充填材の平均粒径は、前記弾性層の平均厚さの50%以下であり、
前記弾性組成物において、熱伝導性充填材の含有量が30体積%以上であり、且つ平均粒径が前記弾性層の平均厚さの95%以上である熱伝導性充填材の含有量が15体積%未満であることを特徴とする放熱シート。 - 前記グラファイトシートと弾性層との間には、弾性層中の高分子マトリックスのグラファイトシート内への移行を抑制するバリア層が設けられている請求項1に記載の放熱シート。
- 前記バリア層の平均厚さが10μm以下である請求項2に記載の放熱シート。
- 前記高分子マトリックスがシリコーンゴム又はポリイソブチレンゴムであり、前記バリア層がアクリル系樹脂材料により形成されている請求項2又は請求項3に記載の放熱シート。
- 前記高分子マトリックスがアクリルゴムであり、前記バリア層がシリコーン系樹脂材料により形成されている請求項2又は請求項3に記載の放熱シート。
- 前記グラファイトシートの表面上にアルミニウム箔層が設けられている請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の放熱シート。
- 前記グラファイトシートの平均厚さが80〜130μmであり、
前記弾性層の平均厚さが20〜170μmであり、
前記熱伝導性充填材の平均粒径は、前記弾性層の平均厚さの1〜45%であり、
前記弾性組成物中の熱伝導性充填材の含有量が40〜75体積%である請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の放熱シート。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の放熱シートと、筐体と、該筐体内に設けられる発熱体とを備え、
前記放熱シートは、前記弾性層の表面が発熱体に接触するように発熱体上に設けられ、
前記筐体内の自由空間の体積が筐体の容積の20%未満であることを特徴とする放熱構造。
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