JP2012211259A

JP2012211259A - 熱伝導シート

Info

Publication number: JP2012211259A
Application number: JP2011077633A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Nakayama; 雅文中山
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2012-11-01

Abstract

【課題】所望の厚さが得られ、厚さ方向の熱伝導率が高く、機械的強度に優れた熱伝導シートを提供することを目的とする。
【解決手段】グラファイト片１３と樹脂１２とを混合してシート状に成形してなる熱伝導シート１１であって、グラファイト片１３は熱分解グラファイトシートを細長く切断してなる複数個の第１のグラファイト片１３ａを含み、少なくとも複数個の第１のグラファイト片１３ａは、熱伝導シート１１の上面と下面とをつないでいるようにしたものであり、このようにすることにより、厚さ方向の熱伝導率を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、０．５ｍｍから２０ｍｍ程度の比較的大きな隙間を埋めながら、発生した熱を厚さ方向にスムースに伝えることができる熱伝導シートに関するものである。

近年電子機器の動作速度の向上が目覚しく、これに伴い半導体素子等の電子部品からの発熱が増大している。これに対して電子機器を安定して動作させるために、これらの発熱素子にグラファイトシート等の熱伝導シートを用いて熱を拡散あるいは放熱させることが行なわれている。しかしながらグラファイトシートは、一般的にその厚さが約０．０５ｍｍと薄く、発熱素子とヒートシンクとの間に比較的大きな隙間があるものについては十分に機能しにくかった。

グラファイトシートは、図３に示すように平面状に広がる鱗片状の結晶構造を有しており、面方向（炭素６員環が連なるａ−ｂ軸方向）に大きな熱伝導率を有し、厚さ方向であるｃ軸方向の熱伝導率は比較的小さい。そこで図２のように、グラファイトシート１を複数枚貼り合わせて切断し、厚さ方向に熱伝導を良くしたものが提案されている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２００６−３０３２４０号公報

しかしながら、従来のような熱伝導シートでは厚み方向への熱伝導率が高いものが得られるが、発熱部品とヒートシンク、ヒートスプレッダ等の放熱部品を取り付ける時には加圧が必要な場合がある。この場合に薄いシートを貼り合わせて、貼り合わせ面に対して垂直に切断したものでは、加圧力は貼り合わせ面が倒れ込む方向にも力が働いてしまう。この結果、貼り合わせ面や、グラファイトシートの層間で剥離してしまうことがある。また積層した後で切断するという工程が増えるため、コストアップの要因となっていた。さらに上記熱伝導シートでは、グラファイトシートが向いている一方向にしか熱が伝導しにくいため、面方向の熱伝導性は劣ったものとなっていた。

本発明は、このような課題を解決し、所望の厚さが得られ、厚さ方向および面方向の熱伝導率が高く、機械的強度に優れた熱伝導シートを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明はグラファイト片と樹脂とを混合してシート状に成形してなる熱伝導シートであって、グラファイト片は熱分解グラファイトシートを細長く切断してなる複数個の第１のグラファイト片を含み、少なくとも複数個の第１のグラファイト片は、熱伝導シートの上面と下面とをつないでいるようにしたものである。

このようにすることにより、熱伝導シートの上面と下面とを熱伝導性に優れたグラファイト片のａ−ｂ軸方向でつないでいるため、厚さ方向にも熱伝導性に優れた熱伝導シートを得ることができる。

以上のように本発明によれば、所望の厚さが得られ、厚さ方向および面方向の熱伝導率が高く、機械的強度に優れた熱伝導シートを得ることができる。

本発明の一実施の形態における熱伝導シートの断面図従来の熱伝導シートの斜視図一般的なグラファイトの結晶構造を示す図

（実施の形態１）
以下、本発明の一実施の形態における熱伝導シートについて、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態における熱伝導シート１１の断面図であって、アクリルからなる樹脂１２と、グラファイト片１３により熱伝導シート１１を構成している。樹脂１２にはアクリル樹脂を用い、熱伝導シート１１の厚さを約１ｍｍとしている。グラファイト片１３は、柔軟性を有する熱分解グラファイトシートを幅約０．１ｍｍ、長さ約５ｍｍに切断した第１のグラファイト片１３ａと、大きさ約０．０１ｍｍに粉砕した第２のグラファイト片１３ｂとの混合物からなっている。

このように構成することにより、第１のグラファイト片１３ａ同士を絡み合わせることができ、熱伝導シート１１の上面と下面とを多くの第１のグラファイト片１３ａでつなぐようにでき、熱伝導シート１１の厚さ方向の熱伝導率を高くすることができる。また第２のグラファイト片１３ｂは、絡み合った第１のグラファイト片１３ａの間に入り込むため、熱伝導率をさらに向上させることができる。

また第１のグラファイト片１３ａ同士が絡み合っているため、外部からの力に対しても非常に強いものとなっている。

次に本発明の一実施の形態における熱伝導シートの製造方法について説明する。

まずポリイミドフィルムを熱処理したあとなめし処理することにより、厚さ約２５μｍの柔軟性を有する熱分解グラファイトシートを得る。これをカッターあるいはシュレッダーを用いて幅約０．１ｍｍ、長さ約５ｍｍに切断し、第１のグラファイト片１３ａを得る。このとき第１のグラファイト片１３ａの厚さは薄くなっても構わない。また長手方向の長さは一定である必要はなく、あとでシート状に成形しやすい長さであればばらついても構わない。そのため、第１のグラファイト片１３ａを作るための熱分解グラファイトシートは、大きなシートでなくても良く、周辺部の端材や、金型で抜いた後の廃材を用いても構わない。このようにすることにより、より低コストの熱伝導シートを得ることができる。

次に第１のグラファイト片１３ａの一部、あるいはその切れ端、または熱分解グラファイトシートを金型で抜いた後の廃材等をさらに細かく切断する、あるいはジェットミルを用いて粉砕する等により大きさ０．０１ｍｍ程度の第２のグラファイト片１３ｂを得る。なお、第２のグラファイト片１３ｂは熱分解グラファイトシートから作られたものでなくても良く、例えば天然黒鉛等を粉砕することによって作られたものでも構わない。

次に重量比でアクリルポリマー（１２％）、酢酸ブチル（４８％）、酢酸エチル（４０％）を混合した樹脂溶媒に、第１のグラファイト片１３ａと第２のグラファイト片１３ｂをほぼ同重量混合したものを混ぜ合わせ、押し出し成形によりシート状に成形し、溶剤分を飛ばすことにより厚さ約１ｍｍの熱伝導シート１１を得る。なお、さらに厚いものを得たい場合には、以上のように成形したシートを複数枚貼り合わせることにより、所望の厚さを得るようにしても構わない。

このようにすることにより、第１のグラファイト片１３ａ同士が絡み合うことにより、第１のグラファイト片１３ａの長手方向が、面方向だけでなく、厚さ方向にも向き、長手方向の長さを熱伝導シート１１の厚さに対して十分に長くしておくことにより、多数の第１のグラファイト片１３ａが、熱伝導シート１１の上面と下面とをつないでいる状態にすることができる。第１のグラファイト片１３ａの長手方向は、熱分解グラファイトシートの面方向となっているため、熱伝導に優れ、得られた熱伝導シート１１は、厚さ方向にも面方向にも熱伝導性に優れたものとなる。さらに第１のグラファイト片１３ａ同士が絡み合っているために、熱伝導シート１１の機械的強度も非常に強いものとなっている。

以上のように、本発明の効果を得るためには、グラファイト片同士を絡み合わせることが重要であり、そのためには、切断する形状が重要となる。熱分解グラファイトシートを矩形状に切断し、その長辺方向の長さと短辺方向との比を変えていくと、４倍以上になると非常に絡みやすくなっていくため、４倍以上とすることが望ましい。この比が大きい分には特性上は問題ないが、あまりに大きいとシート成形がしにくくなってくるため、成形性によって上限が決まる。

さらに、第１のグラファイト片１３で、熱伝導シート１１の上面と下面とをつなぐためには、第１のグラファイト片１３ａの長辺側の長さを熱伝導シート１１の厚さの３倍以上にすることが望ましい。このようにすることにより多数の第１のグラファイト片１３ａが、熱伝導シート１１の上面と下面とをつないでいる状態にすることができ、厚さ方向の熱伝導率を向上させることができる。

またグラファイト片１３の中の第１のグラファイト片１３ａの重量割合は、少なくとも１０％以上とすることが望ましく、４０〜６０％とすることがより望ましい。

また樹脂１２とグラファイト片１３との重量割合は、熱伝導シート１１での樹脂含有率を、１０〜９７％とすることが望ましく、３０〜４５％とすることがより望ましい。

なお、樹脂には、例えばアクリル酸エステル共重合物のように、硬化した後も微粘着性のある粘土状のものを用いることが望ましく、熱伝導シートの硬さをアスカーＣ型硬度計で４０以下、好ましくは２０以下となるようにすることが望ましい。このようにすることにより、発熱体との密着性を向上させることができ、熱抵抗を下げることにより、実効的な熱伝導度をより向上させることができる。

本発明の熱伝導シートは、所望の厚さが得られ、厚さ方向の熱伝導率が高く、機械的強度に優れたものが得られ、産業上有用である。

１１熱伝導シート
１２樹脂
１３グラファイト片
１３ａ第１のグラファイト片
１３ｂ第２のグラファイト片

Claims

グラファイト片と樹脂とを混合してシート状に成形してなる熱伝導シートであって、前記グラファイト片は熱分解グラファイトシートを細長く切断してなる複数個の第１のグラファイト片を含み、少なくとも複数個の前記第１のグラファイト片は、前記熱伝導シートの上面と下面とをつないでいることを特徴とする熱伝導シート。
前記第１のグラファイト片は、長辺側の長さが短辺側の長さの４倍以上であることを特徴とする請求項１記載の熱伝導シート。
前記第１のグラファイト片の長辺側の長さは、前記熱伝導シートの厚さの３倍以上であることを特徴とする請求項１記載の熱伝導シート。
前記グラファイト片は、前記第１のグラファイト片の短辺側の長さよりも小さい第２のグラファイト片を含んでいることを特徴とする請求項１記載の熱伝導シート。