JP2018170357A - Thermally conductive sheet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱部材の間隔が変化し、又は間隔が変動しても伝熱特性が大きく変わらない熱伝導シートに関する。 The present invention relates to a heat conductive sheet in which the heat transfer characteristics do not change greatly even if the interval between the heat members changes or the interval fluctuates.
電子、電気部品の中には、使用中あるいは製造中に温度が大きく変化するものがあり、様々な厚み調整が行われている。特許文献１には、静電チャック層と温度調整用ベース層との間に絶縁性有機フィルムを配置して厚み調整することが提案されている。特許文献２には、半導体レーザーモジュールに放熱板を一体化して放熱させ、半導体レーザーモジュールと回路基板との厚みを調整することが提案されている。特許文献３には、金属板の表面に突起を形成して凹凸面とし、凹部に接着樹脂を充填することが提案されている。
Some electronic and electrical parts change greatly in temperature during use or during production, and various thickness adjustments are performed.
しかし、前記従来技術は、熱部材の間隔が変化し、又は間隔が変動したときに伝熱特性が大きく変化してしまう問題があり、さらなる改良が求められていた。 However, the prior art has a problem in that the heat transfer characteristics change greatly when the interval between the heat members changes or when the interval changes, and further improvement is required.
本発明は前記従来の問題を解決するため、熱部材の間隔が変化し、又は間隔が変動しても伝熱特性が大きく変わらない熱伝導シートを提供する。 In order to solve the above-described conventional problems, the present invention provides a heat conductive sheet in which the heat transfer characteristics do not change greatly even if the interval between the heat members changes or the interval changes.
本発明の熱伝導シートは、熱部材間に配置する熱伝導シートであって、前記熱伝導シートは、熱拡散シートと、前記熱拡散シートを前記熱部材に面接触させて固定するための粘着材層を含み、前記熱部材間の間隔が変動しても、前記熱部材間の熱拡散シートの長さは一定であることを特徴とする。 The heat conductive sheet of the present invention is a heat conductive sheet disposed between heat members, and the heat conductive sheet is an adhesive for fixing a heat diffusion sheet and the heat diffusion sheet in surface contact with the heat member. Even if the space | interval between the said thermal members is fluctuate | varied including a material layer, the length of the thermal diffusion sheet between the said thermal members is characterized by the above-mentioned.
本発明の熱伝導シートは、熱部材間に配置され、熱拡散シートと、前記熱拡散シートを前記熱部材に面接触させて固定するための粘着材層を含み、前記熱部材間の間隔が変動しても、前記熱部材間の熱拡散シートの長さは一定であることにより、熱部材の間隔が変化し、又は間隔が変動しても伝熱特性が大きく変わらない。 The heat conductive sheet of the present invention is disposed between the heat members, includes a heat diffusion sheet and an adhesive layer for fixing the heat diffusion sheet in surface contact with the heat member, and an interval between the heat members is Even if it fluctuates, since the length of the heat diffusion sheet between the heat members is constant, the interval between the heat members changes, or even if the interval fluctuates, the heat transfer characteristics do not change greatly.
本発明者は、熱部材の間隔が変化し、又は間隔が変動しても伝熱特性が大きく変わらない熱伝導シートを検討した。一般的にフーリエの法則から、厚み（Ｌ）が大きくなれば必然的に移動する熱量（Ｑ）は小さくなる。これを図７で説明する。図７において、断面積Ａ(m2)、の物体１１の正面側が高温側（温度Th(K)）であり、裏面が低温側(温度TC(K))であり、正面と裏面の距離Ｌ(m)としたとき、下記の式（数１）が成り立つ。
This inventor examined the heat conductive sheet from which a heat transfer characteristic does not change a lot even if the space | interval of a thermal member changes or a space | interval changes. Generally, from the Fourier law, the amount of heat (Q) that inevitably moves decreases as the thickness (L) increases. This will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the front side of the
ここで、距離Lが大きくなった時に熱量Qを不変にするには、熱伝導率λ、面積Aを大きくする必要がある。しかし、実装後に面積Aを大きくすることは困難であることから、熱伝導率λを大きくすればよい。例えば、金属線などの磁性繊維状物を磁場で斜めに配向させ、高さ変化させる際、樹脂が膨張するのと併せて繊維も縦方向に膨張し、熱伝導に異方性を持たせことが考えられる。しかし、この方法では以下の問題がある。
（１）磁性繊維状物を斜めに配向させるには、技術的、量産的に難しい。
（２）実装後にシートが劣化（硬化）し、弾性が失われた場合、伸びが期待出来ない。
（３）配向具合が特性に大きく影響するため、品質保証としても難しい。
Here, in order to keep the amount of heat Q unchanged when the distance L increases, it is necessary to increase the thermal conductivity λ and the area A. However, since it is difficult to increase the area A after mounting, the thermal conductivity λ may be increased. For example, when a magnetic fiber such as a metal wire is oriented obliquely with a magnetic field and the height is changed, the fiber expands in the vertical direction in conjunction with the resin expansion, and the heat conduction becomes anisotropic. Can be considered. However, this method has the following problems.
(1) It is difficult technically and mass-produced to orient the magnetic fibrous material obliquely.
(2) If the sheet deteriorates (hardens) after mounting and loses elasticity, elongation cannot be expected.
(3) Since the degree of orientation greatly affects the characteristics, it is difficult to assure quality.
本発明は、以上の検討の中から着想され完成したものであり、熱部材間に配置され、熱拡散シートと、前記熱拡散シートを前記熱部材に面接触させて固定するための粘着材層を含み、前記熱部材間の間隔が変動しても、前記熱部材間の熱拡散シートの長さが一定となる熱伝導シートである。この熱伝導シートは、熱部材の間隔が変化し、又は間隔が変動しても熱部材間の熱拡散シートの長さは一定である。これにより、伝熱特性が大きく変わらない。熱部材間を圧縮したり、熱部材の振動が激しくても、この関係は変わらない。したがって、熱部材間を圧縮したり、熱部材の振動が激しい装置に好適に組み込むことができる。熱拡散シートの両主面に粘着材層を配置するのは、加熱部材と一体化するためである。 The present invention has been conceived and completed from the above studies, and is disposed between heat members, and a heat diffusion sheet and an adhesive layer for fixing the heat diffusion sheet in surface contact with the heat member Even if the space | interval between the said heat members fluctuates, the length of the heat diffusion sheet between the said heat members becomes constant, It is a heat conductive sheet. In this heat conductive sheet, the length of the heat diffusion sheet between the heat members is constant even if the distance between the heat members changes or the distance fluctuates. Thereby, a heat transfer characteristic does not change a lot. This relationship does not change even if the heat member is compressed or the vibration of the heat member is intense. Therefore, the space between the heat members can be suitably compressed, or the heat member can be suitably incorporated into an apparatus in which the vibration is severe. The reason why the adhesive layer is disposed on both main surfaces of the heat diffusion sheet is to integrate with the heating member.
熱拡散シートの形状は、接触面間にある熱拡散シートの距離が変わらない形状であれば、いかなる形状でもよく、好ましくは断面から見て円弧又は屈曲を有する形状である。より好ましくは、長円形状又はＵ字状である。また、直線部分に粘着材層が一体化されているのが好ましい。直線部分に粘着材層が一体化されていると、熱伝導面積を広く取れ、熱部材間に固定できる。前記熱拡散シートの肉厚は、０．０５〜１ｍｍが好ましい。また、粘着材層の厚さは０．０１〜５ｍｍが好ましい。直径は本発明品の実装される装置の形状、サイズに合わせて任意に選択できる。 The shape of the heat diffusion sheet may be any shape as long as the distance of the heat diffusion sheet between the contact surfaces does not change, and is preferably a shape having an arc or a bend as viewed from the cross section. More preferably, it is oval or U-shaped. Moreover, it is preferable that the adhesive layer is integrated with the straight portion. When the adhesive layer is integrated with the straight line portion, a large heat conduction area can be obtained and fixed between the heat members. The thickness of the thermal diffusion sheet is preferably 0.05 to 1 mm. The thickness of the adhesive layer is preferably 0.01 to 5 mm. The diameter can be arbitrarily selected according to the shape and size of the device on which the product of the present invention is mounted.
熱拡散シートは１本でもよいし、複数本配置してもよい。複数本並列に配置すると各熱拡散シートがつぶれる際には干渉しあい、強度は高くなる。 One heat diffusion sheet or a plurality of heat diffusion sheets may be arranged. If a plurality of heat diffusion sheets are arranged in parallel, they interfere with each other when the heat diffusion sheets are crushed, and the strength increases.
熱拡散シートは、グラファイトシート、金属箔及び熱伝導性シリコーンゴムシートから選ばれる少なくとも一つをシートとしたものが好ましい。前記金属箔は、例えばアルミニウム、銅及び金から選ばれる少なくとも一つである。これらは熱伝導率が高いからである。 The thermal diffusion sheet is preferably a sheet made of at least one selected from a graphite sheet, a metal foil, and a thermally conductive silicone rubber sheet. The metal foil is at least one selected from, for example, aluminum, copper, and gold. This is because they have high thermal conductivity.
熱拡散シートは、内層に補強樹脂層が配置されていてもよい。補強樹脂層は例えばポリイミド層であり、厚さは６〜１００μｍが好ましい。内層に補強樹脂層が配置されていると、熱拡散シートの補強になり、圧力をかけて長円状にしたときも潰れにくくなる。 In the thermal diffusion sheet, a reinforcing resin layer may be disposed on the inner layer. The reinforcing resin layer is, for example, a polyimide layer, and the thickness is preferably 6 to 100 μm. When the reinforcing resin layer is disposed in the inner layer, the heat diffusion sheet is reinforced, and it is difficult to be crushed when it is formed into an oval shape by applying pressure.
前記粘着材層は、熱伝導性粘着材層であるのが好ましい。粘着材層は熱伝導性フィラーを含んでいてもよい。熱伝導性粘着材層には好ましくは熱伝導性フィラーを含ませる。これにより、全体として熱伝導性を上げることができる。 The pressure-sensitive adhesive layer is preferably a heat conductive pressure-sensitive adhesive layer. The pressure-sensitive adhesive layer may contain a heat conductive filler. The heat conductive adhesive layer preferably contains a heat conductive filler. Thereby, thermal conductivity can be raised as a whole.
以下、図面を用いて説明する。図面中、同一符号は同一物を示す。図１は本発明の一実施態様における熱伝導シートの模式的断面図である。この熱伝導シート１は長円状の熱拡散シート２の両主面に粘着材層３ａ，３ｂが一体されている。粘着材層３ａ，３ｂは、両面テープに用いられるものであれば何でもよく、シリコーンゴム、シリコーンゲル、アクリル系粘着材層等を使用できる。この熱拡散部材は、熱部材の間隔が変化し又は間隔が変動しても、熱部材間の熱拡散シートの長さは一定である。
Hereinafter, it demonstrates using drawing. In the drawings, the same symbols indicate the same items. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a heat conductive sheet in one embodiment of the present invention. This heat
図２は本発明の別の実施態様における熱伝導シートの模式的断面図である。この熱伝導シート４は長円状の熱拡散シート２ａ−２ｃのそれぞれの両主面に粘着材層３ａ−３ｆが一体されている。この熱拡散部材も熱部材の間隔が変化し又は間隔が変動しても、熱部材間の熱拡散シートの長さは一定である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a heat conductive sheet in another embodiment of the present invention. The heat
図３は本発明のさらに別の一実施態様における熱伝導シート５の模式的断面図であり、熱拡散シート２の内層に補強樹脂層６が一体化されている。この熱拡散部材も熱部材の間隔が変化し又は間隔が変動しても、熱部材間の熱拡散シートの長さは一定である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a heat
図４Ａ-Ｄは本発明のさらに別の一実施態様における熱伝導シートの模式的断面図である。図４Ａの熱伝導シートは熱拡散シート１１が外側に屈曲した例である。図４Ｂの熱伝導シートは熱拡散シート１２が内側に屈曲した例である。図４Ｃの熱伝導シートは熱拡散シート１３がジクザグ状に屈曲した形状の例である。図４Ｄの熱伝導シートは熱拡散シート１４がＺ字状に屈曲した形状の例である。
これらの熱拡散シートは粘着材層３ａ，３ｂにより熱部材である金属ブロック８，９に粘着一体化されて実装される。これらの熱拡散部材は、熱部材の間隔が変化し又は間隔が変動しても、熱部材間の熱拡散シートの長さは一定である。
4A to 4D are schematic cross-sectional views of a heat conductive sheet in still another embodiment of the present invention. The heat conductive sheet of FIG. 4A is an example in which the
These heat diffusion sheets are mounted by being adhesively integrated with the metal blocks 8 and 9 which are heat members by the
図５Ａ-Ｄは本発明のさらに別の一実施態様における熱伝導シートの模式的断面図である。図５Ａ-Ｃの熱拡散シート１５〜１７は、図４Ａ-Ｃに示す熱拡散シートの左側屈曲部がないものである。図５Ｄは熱拡散シート１８がＵ字形のシートの例である。これらの熱拡散シートも粘着材層３ａ，３ｂにより熱部材である金属ブロック８，９に粘着一体化されて実装される。これらの熱拡散部材は、熱部材の間隔が変化し又は間隔が変動しても、熱部材間の熱拡散シートの長さは一定である。
5A to 5D are schematic cross-sectional views of a heat conductive sheet in still another embodiment of the present invention. The
以下実施例を用いて説明する。本発明は実施例に限定されるものではない。 This will be described below with reference to examples. The present invention is not limited to the examples.
＜熱抵抗の測定方法＞
ＡＳＴＭ Ｄ５４７０に従い、図６に示す方法により熱伝導シートの熱抵抗を測定した。図６において、金属ブロック８，９の間をスペーサーにより所定の距離Ｌを保持した。金属ブロック８，９の間には、シート状にした熱伝導シート１を配置した。金属ブロック８から金属ブロック９への定常状態における熱抵抗を測定した。すなわち、Coolingユニットは温度を10℃に設定されており、上部ヒーター部の温度が外気温度に対して±0.3℃になるよう電力をかけて測定した。熱抵抗値は下記式(数2)で算出する。
（数2） 熱抵抗値(Kcm2/W)=温度差ΔT(K)×製品面積(cm2)/通過する熱量(W)
得られた熱抵抗値（Ｋ・ｃｍ2／Ｗ）のＫはケルビンである。金属ブロック８，９内には温度検出端挿入孔１０ａ，１０ｂに熱電対を入れて各金属ブロック８，９の温度を測定した。７はこの熱抵抗測定装置である。
<Measurement method of thermal resistance>
According to ASTM D5470, the thermal resistance of the heat conductive sheet was measured by the method shown in FIG. In FIG. 6, a predetermined distance L is maintained between the metal blocks 8 and 9 by a spacer. Between the metal blocks 8 and 9, the sheet-like heat
(Equation 2) Thermal resistance value (Kcm 2 / W) = Temperature difference ΔT (K) × Product area (cm 2 ) / Amount of heat passing (W)
K of the obtained thermal resistance value (K · cm 2 / W) is Kelvin. Thermocouples were inserted into the temperature detection
（実施例１）
グラファイトシート、パナソニック社製、商品名”ＰＧＳ ＥＹＧ０７ １８１０：厚さ１００μｍ”を縦２５ｍｍ，横５０ｍｍ（幅）にカットし、長円状のシートにし、両主面に熱伝導性シリコーンゲル（富士高分子工業社製、商品名"30X-m"、 縦１５ｍｍ，横１５ｍｍ（幅）、厚さ０．３ｍｍ）を貼り付けた。このようにして図１に示す熱伝導シート１を作成した。この熱伝導シート１を図６に示す熱抵抗測定装置に入れ、室温（２５℃）で定常状態における熱抵抗値を測定した。得られた熱抵抗値の結果は表１にまとめて示す。
Example 1
Graphite sheet, manufactured by Panasonic Corporation, trade name “PGS EYG07 1810: Thickness 100 μm” is cut into 25 mm length and 50 mm width (width) to make an oval sheet, and heat conductive silicone gel A product name “30X-m”, 15 mm in length, 15 mm in width (width), 0.3 mm in thickness) manufactured by Molecular Industries Co., Ltd. was attached. Thus, the heat
表１から明らかなとおり、実施例１のシート状グラファイトシートは、ギャップ距離Ｌが２．０〜３．０ｍｍまで変わっても、熱抵抗値の変化はなかった。このことから、実施例１のシート状グラファイトシートは、熱部材の間隔が変化し又は間隔が変動しても、熱部材間の熱拡散シートの長さは一定であり、伝熱特性が大きく変わらないことが確認できた。 As apparent from Table 1, the sheet-like graphite sheet of Example 1 had no change in thermal resistance value even when the gap distance L changed from 2.0 to 3.0 mm. From this, in the sheet-like graphite sheet of Example 1, the length of the heat diffusion sheet between the heat members is constant even if the interval between the heat members changes or the interval fluctuates, and the heat transfer characteristics greatly change. It was confirmed that there was no.
（実施例２）
グラファイトシートのサイズを縦２５ｍｍ，横（幅）４０ｍｍとした以外は実施例１と同様に実験した。距離Ｌ：２．０ｍｍのとき熱抵抗値は６．９Ｋ・ｃｍ2／Ｗ、距離Ｌ：２．５ｍｍのとき熱抵抗値も６．９Ｋ・ｃｍ2／Ｗであり、熱部材の間隔が変化し又は間隔が変動しても、熱部材間の熱拡散シートの長さは一定であり、伝熱特性が大きく変わらないことが確認できた。なお、実施例１のシート状グラファイトシートに比べて熱抵抗値が低いのは、横（幅）のサイズが狭くなっているため、たわみ部分の距離（長さ）が短くなっており、熱拡散距離も短いためである。
(Example 2)
The experiment was performed in the same manner as in Example 1 except that the size of the graphite sheet was 25 mm in length and 40 mm in width (width). When the distance L is 2.0 mm, the thermal resistance value is 6.9 K · cm 2 / W, and when the distance L is 2.5 mm, the thermal resistance value is 6.9 K · cm 2 / W, and the distance between the thermal members changes. However, even if the interval fluctuated, it was confirmed that the length of the heat diffusion sheet between the heat members was constant and the heat transfer characteristics did not change greatly. The reason why the thermal resistance value is lower than that of the sheet-like graphite sheet of Example 1 is that the lateral (width) size is narrow, so the distance (length) of the flexure portion is short, and thermal diffusion is reduced. This is because the distance is short.
（実施例３）
アルミニウム箔（厚さ５０μｍ）を縦２５ｍｍ，横５０ｍｍ（幅）とした以外は実施例１と同様に実験した。距離Ｌ：２．５ｍｍのとき熱抵抗値は８．３Ｋ・ｃｍ2／Ｗ、距離Ｌ：３．０ｍｍのとき熱抵抗値も８．３Ｋ・ｃｍ2／Ｗであり、熱部材の間隔が変化し又は間隔が変動しても、熱部材間の熱拡散シートの長さは一定であり、伝熱特性が大きく変わらないことが確認できた。
(Example 3)
The experiment was performed in the same manner as in Example 1 except that the aluminum foil (thickness 50 μm) was 25 mm long and 50 mm wide (width). When the distance L is 2.5 mm, the thermal resistance value is 8.3 K · cm 2 / W, and when the distance L is 3.0 mm, the thermal resistance value is 8.3 K · cm 2 / W. However, even if the interval fluctuated, it was confirmed that the length of the heat diffusion sheet between the heat members was constant and the heat transfer characteristics did not change greatly.
（実施例４）
長円状シートの両主面の熱伝導性シリコーンゲルの代わりに両面テープ（リンテック社製、商品名”ＳＩ３０８ＮＣ”）、厚さ０．０３ｍｍ、縦１５ｍｍ，横１５ｍｍ（幅）貼り付けた以外は実施例１と同様に実験した。距離Ｌ：２．０ｍｍのとき熱抵抗値は５．７Ｋ・ｃｍ2／Ｗ、距離Ｌ：２．５ｍｍのとき熱抵抗値も５．７Ｋ・ｃｍ2／Ｗであり、熱部材の間隔が変化し又は間隔が変動しても、熱部材間の熱拡散シートの長さは一定であり、伝熱特性が大きく変わらないことが確認できた。なお、粘着層の熱伝導率、厚さ、粘着強度による接触熱抵抗が製品の熱抵抗に影響することがわかった。
Example 4
Except for sticking double-sided tape (product name “SI308NC”, manufactured by Lintec Corporation), thickness 0.03 mm,
（実施例５）
実施例１のグラファイトシートを使用し、図３の長円に変えて、図５Ｄに示すＵ字形のシートを作成し、両主面（直線部分）には両面テープ（リンテック社製、商品名”ＳＩ３０８ＮＣ”）、厚さ０．０３ｍｍ、縦１５ｍｍ，横１５ｍｍ（幅）貼り付けた以外は実施例１と同様に実験した。距離Ｌ：２．５ｍｍのとき熱抵抗値は１５．７Ｋ・ｃｍ2／Ｗ、距離Ｌ：３．０ｍｍのとき熱抵抗値は１５．８Ｋ・ｃｍ2／Ｗであり、熱部材の間隔が変化し又は間隔が変動しても、熱部材間の熱拡散シートの長さは一定であり、伝熱特性が大きく変わらないことが確認できた。
(Example 5)
The graphite sheet of Example 1 was used, and the U-shaped sheet shown in FIG. 5D was prepared instead of the ellipse shown in FIG. 3, and double-sided tape (trade name, manufactured by Lintec Co., Ltd.) was used on both main surfaces (straight portions). SI308NC "), a thickness of 0.03 mm, a length of 15 mm, and a width of 15 mm (width). When the distance L is 2.5 mm, the thermal resistance value is 15.7 K · cm 2 / W, and when the distance L is 3.0 mm, the thermal resistance value is 15.8 K · cm 2 / W, and the distance between the thermal members changes. However, even if the interval fluctuated, it was confirmed that the length of the heat diffusion sheet between the heat members was constant and the heat transfer characteristics did not change greatly.
１，４，５ 熱伝導シート
２，２ａ−２ｃ，１１−１８ 熱拡散シート
３ａ−３ｆ 粘着材層
６ 補強樹脂層
７ 熱抵抗測定装置
８，９ 熱部材（金属ブロック）
１０ａ，１０ｂ 温度検出端挿入孔
1, 4, 5 Thermal
10a, 10b Temperature detection end insertion hole
Claims (8)
前記熱伝導シートは、熱拡散シートと、前記熱拡散シートを前記熱部材に面接触させて固定するための粘着材層を含み、
前記熱部材間の間隔が変動しても、前記熱部材間の熱拡散シートの長さは一定であることを特徴とする熱伝導シート。 A heat conductive sheet disposed between the heat members,
The thermal conductive sheet includes a thermal diffusion sheet and an adhesive layer for fixing the thermal diffusion sheet in surface contact with the thermal member,
Even if the space | interval between the said heat members fluctuates, the length of the heat diffusion sheet between the said heat members is constant, The heat conductive sheet characterized by the above-mentioned.
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| JPH04350958A (en) * | 1991-05-28 | 1992-12-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Heat dissipator of semiconductor integrated circuit |
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