JP3345986B2 - Graphite heat conductor and cold plate using the same - Google Patents
Graphite heat conductor and cold plate using the sameInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、グラファイト熱伝導体
に関し、特に、各種電子機器、その電子部品、高密度半
導体等から発生する熱の制御、つまり放熱、冷却を行う
ために用いられたり、宇宙船、人工衛星等の宇宙航行体
に搭載される電子機器等の発熱体の熱制御を行うために
用いられるグラファイト熱伝導体に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a graphite heat conductor, and more particularly to a method for controlling heat generated from various electronic devices, electronic components thereof, high-density semiconductors, etc., that is, for performing heat radiation and cooling. The present invention relates to a graphite heat conductor used for controlling the heat of a heating element such as an electronic device mounted on a spacecraft such as a spacecraft or an artificial satellite.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、各種電子機器を構成する高密度に
集積された半導体から発生する熱を、どの様に制御し、
その冷却、放熱をいかにして行うかが大変重要になって
きている。2. Description of the Related Art In recent years, how to control heat generated from high-density integrated semiconductors constituting various electronic devices,
It is becoming very important how to perform the cooling and heat radiation.
【０００３】例えば、高密度半導体における発生熱の問
題は重要で、その冷却を如何に行うかが、コンピュータ
ー機器の設計の１つのポイントになりつつある。For example, the problem of generated heat in high-density semiconductors is important, and how to cool them is becoming one of the points in designing computer equipment.
【０００４】冷却を効果的に行うには、対流、輻射、伝
導をうまく組み合わせることが必要であるが、高密度半
導体のような小さな部分を冷却するには、主に熱伝導に
より熱を別の低温部分に導き冷却を行う。While effective cooling requires a good combination of convection, radiation, and conduction, cooling small parts, such as high-density semiconductors, involves dissipating heat primarily through heat conduction. Guide to the low temperature part and cool.
【０００５】従って、電子機器等の発熱体からの熱を冷
却するには、電子機器の外部に露出させて設けた放熱器
へ熱を移動させる手段が必要であり、このような熱移動
の手段の一つとして、コールドプレートが、各発熱体毎
に設けられる。[0005] Therefore, in order to cool the heat from a heating element of an electronic device or the like, it is necessary to provide a means for transferring the heat to a radiator provided so as to be exposed outside the electronic device. As one of the above, a cold plate is provided for each heating element.
【０００６】現在、コールドプレートとしては、例えば
図１１から図１４に示される構成が考えられている。At present, as a cold plate, for example, a configuration shown in FIGS. 11 to 14 is considered.
【０００７】図１１は発熱体４を受熱体１に直接設置し
た構成を示し、図１２はそのＸ−Ｘ断面を示す。FIG. 11 shows a configuration in which the heat generating element 4 is directly installed on the heat receiving element 1, and FIG. 12 shows a cross section taken along line XX.
【０００８】また、図１３は発熱体４と受熱体１の間に
棒状のアルミニウム等の金属６を設置した構成を示し、
図１４はそのＹ−Ｙ断面を示す。FIG. 13 shows a configuration in which a bar-shaped metal 6 such as aluminum is provided between the heating element 4 and the heat receiving element 1.
FIG. 14 shows the YY cross section.
【０００９】いずれの構成においても、放熱の原理は、
電子機器等より発生した熱を、宇宙船内のコールドプレ
ートまで熱を伝導することによる。In any structure, the principle of heat radiation is as follows.
The heat generated by electronic devices is transferred to the cold plate in the spacecraft.
【００１０】具体的な構成は、受熱体５の端部に水、フ
レオン等の冷媒を流入する配管６と、流出する配管７と
を設けている。Specifically, a pipe 6 through which a coolant such as water or freon flows in and a pipe 7 through which the coolant flows out are provided at the end of the heat receiving body 5.
【００１１】受熱体５の内部には、流路形成を兼ねるフ
ィン９が設置されており、冷媒は不図示のポンプによ
り、外部の放熱器とコールドプレート間とを循環してい
る。A fin 9 which also serves as a flow path is provided inside the heat receiving member 5, and a refrigerant is circulated between an external radiator and a cold plate by a pump (not shown).
【００１２】発熱体８で発生した熱は、直接あるいは金
属棒１０を通して受熱体５に熱伝導し、受熱体５内部の
冷媒に熱伝達される。The heat generated by the heating element 8 is conducted to the heat receiving element 5 directly or through the metal rod 10 and is transferred to the refrigerant inside the heat receiving element 5.
【００１３】そして、この冷媒の熱は、外部の放熱器に
より、熱輻射で宇宙空間へ放熱される。The heat of the refrigerant is radiated to outer space by heat radiation by an external radiator.
【００１４】この様なコールドプレートには、従来、熱
伝導性の優れた金属材料が用いられてきた。Conventionally, a metal material having excellent heat conductivity has been used for such a cold plate.
【００１５】[0015]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な金属材料のうちで最も熱伝導性にすぐれた銀は、高価
であり、一方、比較的安価の鉄、アルミ等の熱伝導は十
分でない。However, silver, which has the highest thermal conductivity among such metallic materials, is expensive, while relatively inexpensive, such as iron and aluminum, which are relatively inexpensive.
【００１６】また、銅は、これらの中では優れたもので
あるが、その熱伝導（４０３Ｗ／ｍ・Ｋ）は十分でな
く、かつ重いという欠点もある。Copper is excellent among these, but has the disadvantage that its heat conduction (403 W / m · K) is not sufficient and that it is heavy.
【００１７】よって、より有効な冷却、放熱を行うに
は、優れた熱伝導性を有する新規な材料の開発が不可欠
である。Therefore, development of a new material having excellent thermal conductivity is indispensable for more effective cooling and heat radiation.
【００１８】また近年、宇宙航空分野での技術進歩はめ
ざましいものがあり、その様な条件下において電子機器
の冷却、放熱をいかに効果的に行うかが大きな課題とな
っている。In recent years, technical progress in the aerospace field has been remarkable, and under such conditions, how to effectively cool and radiate electronic equipment has become a major issue.
【００１９】そもそも宇宙空間においては、真空、無重
力であるので、空気の対流現象による熱伝達を期待する
ことができない。In the first place, since the space and space are vacuum and weightless, heat transfer by the convection phenomenon of air cannot be expected.
【００２０】しかし、宇宙船内において空気が存在する
場合は、ファンを用いた強制空冷方式による発熱源の冷
却が可能ではあるが、熱の放熱場所は宇宙空間であるか
ら、最終的な冷却には熱輻射に頼らなければならない。However, when air exists in the spacecraft, it is possible to cool the heat source by a forced air cooling method using a fan. However, since the heat radiating place is in the outer space, the final cooling is required. You have to rely on heat radiation.
【００２１】しかしながら、このファンを使用した強制
冷却方式では、電力消費量が増大するという課題があ
る。However, the forced cooling method using the fan has a problem that the power consumption increases.
【００２２】また、発熱体を直接受熱体に設置した場合
は、発熱体毎にコールドプレートが必要のため設備費が
高くなるとともに、電子機器の自由な移動が困難であ
る。When a heating element is directly installed on a heat receiving element, a cold plate is required for each heating element, which increases equipment costs and makes it difficult to move electronic equipment freely.
【００２３】そして、金属棒を使用した場合には、電子
機器毎に金属棒を設置するために重量が増大し、さらに
金属棒の様な柔軟性の無いものでは電子機器の移動やメ
ンテナンスが困難である。When a metal bar is used, the weight increases because the metal bar is installed for each electronic device. Further, it is difficult to move and maintain the electronic device with an inflexible device such as a metal bar. It is.
【００２４】そこで、最近、この様なコールドプレート
に使用される熱伝導材料として、金属より軽量で、かつ
耐熱性に優れるグラファイトフィルムを用いることが提
案されている。Therefore, recently, it has been proposed to use a graphite film which is lighter than metal and has excellent heat resistance as a heat conductive material used for such a cold plate.
【００２５】このような従来のグラファイト材料の熱伝
導度は、単結晶グラファイトにおいては２００〜５００
Ｗ／ｃｍ・Ｋ、他のグラファイトでは、せいぜい２０〜
１００Ｗ／ｃｍ・Ｋ程度であった。The thermal conductivity of such a conventional graphite material is 200 to 500 for single crystal graphite.
W / cm · K, with other graphite, at most 20 ~
It was about 100 W / cm · K.
【００２６】従って、従来の単結晶以外のグラファイト
材料は、放熱材料として実用に耐え得るものではなかっ
た。Therefore, conventional graphite materials other than single crystals were not practically usable as heat dissipating materials.
【００２７】しかし、単結晶グラファイトの熱伝導度
は、先に述べたように２００〜５００Ｗ／ｍ・Ｋであ
り、この様な優れた熱伝導性が、フィルム状のグラファ
イトで実際に実現できるとすると、コールドプレートと
して極めて優れたものになるはずである。However, the thermal conductivity of single crystal graphite is 200 to 500 W / m · K as described above, and it is considered that such excellent thermal conductivity can be actually realized by film-like graphite. The result should be a very good cold plate.
【００２８】しかしながら、従来の手法ではこの様な高
性能を有する単結晶グラファイトフィルムは作成が技術
的に困難であった。However, it has been technically difficult to produce a single-crystal graphite film having such high performance by the conventional method.
【００２９】というのは、高い熱伝導性を有するグラフ
ァイトフィルム実現のためには、グラファイトの結晶子
が大きく、その配向性が高い事が必要であるが、通常の
グラファイトの製造方法では、その様な構造の実現は困
難であったのである。In order to realize a graphite film having high thermal conductivity, it is necessary that the crystallites of graphite are large and their orientation is high. It was difficult to realize a simple structure.
【００３０】例えば、従来のグラファイトフィルムとし
ては天然黒鉛からエキスパンド法によって製造されるも
のがあった。For example, there has been a conventional graphite film produced from natural graphite by an expanding method.
【００３１】しかしながら、この様な手法で作成された
グラファイトフィルムの熱伝導率は２０〜１００Ｗ／ｍ
・Ｋの範囲にあり、その熱伝導度はアルミニウム等の金
属より低いものであった。However, the thermal conductivity of the graphite film produced by such a method is 20 to 100 W / m.
-It was in the range of K, and its thermal conductivity was lower than that of metals such as aluminum.
【００３２】また、黒鉛フィルムの製造工程で使用され
た酸が残留しているため、その残留酸の浸出による金属
の腐食などの課題を有していた。Further, since the acid used in the manufacturing process of the graphite film remains, there has been a problem such as corrosion of metal due to leaching of the residual acid.
【００３３】更に、その様な高熱伝導性のグラファイト
フィルムが仮に実現できたとしても、それを実際に熱伝
導材料として使用する場合には、種々の工夫が必要であ
ると考えられる。Further, even if such a graphite film having high thermal conductivity can be realized, various measures are considered to be necessary when actually using it as a thermal conductive material.
【００３４】というのは、グラファイトの高熱伝導性は
本質的に２次元伝導であり、グラファイト面と平行な面
方向の熱伝導は大きくても、フィルム面に垂直な方向の
熱伝導はその１／１００程度である。This is because the high thermal conductivity of graphite is essentially two-dimensional conduction, and the thermal conduction in the direction parallel to the graphite surface is large, but the thermal conduction in the direction perpendicular to the film surface is 1 / there. It is about 100.
【００３５】したがって、その様な伝導を如何に効果的
に利用しながら、フィルム強度を如何に向上させるか、
といったいくつかの要検討事項が生じる。Therefore, how to effectively utilize such conduction and improve the film strength,
Some considerations arise.
【００３６】本発明は、上記の問題点を解決することを
目的としてなしたものであり、グラファイトの２次元的
な熱伝導性を有効に活かす等して、電子機器等の発熱体
の放熱を効率よく行い、重量が軽く、柔軟性があり、か
つ電子機器等のメンテナンスを容易にする高熱伝導性グ
ラファイト熱伝導体を提供することを目的とするもので
ある。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to make effective use of the two-dimensional thermal conductivity of graphite to radiate heat from a heating element such as an electronic device. An object of the present invention is to provide a highly heat-conductive graphite heat conductor which is efficiently performed, is light in weight, has flexibility, and facilitates maintenance of electronic devices and the like.
【００３７】[0037]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、所定の高分子フィルムの熱処理によって
得られ、熱伝導率が５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるグラフ
ァイトフィルムを有し、前記グラファイトフィルムの一
部に切れ込みを入れ短冊状にして、前記短冊状の部分の
一部を束ねているグラファイト熱伝導体である。Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention comprises a graphite film obtained by heat treatment of a predetermined polymer film and having a thermal conductivity of 500 W / m · K or more ; One of the graphite films
Cut into the strip to make a strip,
It is a graphite heat conductor that bundles a part .
【００３８】更に、グラファイトフィルムが、エポキシ
樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、フ
ェノール樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリ
ベンツイミダゾール、ＡＢＳ、ポリスチレンまたはポリ
エチレンを含む高分子層と積層構造になっているグラフ
ァイト熱伝導体であってもよい。Further, the graphite film is made of epoxy
Resin, polyimide, polyamide imide, polyamide,
Enol resin, polycarbonate, polyester, poly
Benzimidazole, ABS, polystyrene or poly
Graph showing a laminated structure with a polymer layer containing ethylene
It may be an agitated heat conductor .
【００３９】そして更に、グラファイトフィルム表面
に、反射膜として金属層が形成されていてもよい。Further, the graphite film surface
In addition, a metal layer may be formed as a reflective film .
【００４０】また、所定の高分子フィルムを単体で炭化
した後複数枚積層するか、所定の高分子フィルムを複数
枚積層して炭化した後で、機械加圧下においてグラファ
イト化を行うことにより得られるグラファイトブロック
であって、そのグラファイト面が互いに平行に配向さ
れ、前記グラファイト面の方向に熱伝導性を有するグラ
ファイトブロックや、短冊状あるいは繊維状に切断され
た所定の高分子フィルムを一方向に配向させた後に、機
械的圧力下で炭素化およびグラファイト化を行うことに
より得られるグラファイトブロックであって、前記配向
の方向に熱伝導性を有するグラファイトブロックや、略
同心円状に巻き付けられた所定の高分子フィルムを、機
械的圧力下で炭素化およびグラファイト化を行うことに
より得られるグラファイトブロックであって、前記同心
円の軸方向に熱伝導性を有するグラファイトブロックを
有し、それぞれのグラファイトブロックを、熱伝導性を
有する方向と垂直な面で５ｍｍ以下の厚さでカットする
ことにより厚さ方向に高熱伝導性を有するグラファイト
熱伝導体であってもよい。Further, it is obtained by carbonizing a predetermined polymer film by itself and laminating a plurality thereof, or by laminating a plurality of predetermined polymer films and carbonizing, and then performing graphitization under mechanical pressure. A graphite block, the graphite surfaces of which are oriented parallel to each other, a graphite block having thermal conductivity in the direction of the graphite surface, and a predetermined polymer film cut into strips or fibers are oriented in one direction. A carbon block and a graphite block obtained by performing carbonization and graphitization under mechanical pressure, the graphite block having thermal conductivity in the direction of the orientation, or a predetermined height wound substantially concentrically. Graph obtained by carbonizing and graphitizing a molecular film under mechanical pressure A site block, graphite block having thermal conductivity in the axial direction of the concentric circles
Each graphite block has thermal conductivity
Cut with a thickness of 5 mm or less on a plane perpendicular to the direction
As a result , a graphite thermal conductor having high thermal conductivity in the thickness direction may be used.
【００４１】なお、本発明のグラファイト熱伝導体の所
定の高分子フィルムは、４００ミクロン以下の厚さを有
するポリオキサジアゾール、芳香族ポリイミド、芳香族
ポリアミド、ポリパラフェニレンビニレンのうちから選
ばれた少なくとも一種類の高分子フィルムであり、前記
高分子フィルムを少なくとも２４００℃以上の温度で熱
処理して得られたものであることが好適である。The predetermined polymer film of the graphite heat conductor of the present invention is selected from polyoxadiazole, aromatic polyimide, aromatic polyamide and polyparaphenylenevinylene having a thickness of 400 μm or less. It is preferable that the polymer film is obtained by heat-treating the polymer film at a temperature of at least 2400 ° C.
【００４２】[0042]
【００４３】[0043]
【作用】本発明は、高分子フィルムの熱処理によって得
られる５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率、２．２６ｇ／
ｃｍ3以下の密度を有し、更に不純物の少ない高純度の
グラファイトフィルムを熱伝導材料として使用すること
で、効率よく熱の放出を行う。According to the present invention, a thermal conductivity of not less than 500 W / m · K obtained by heat treatment of a polymer film, 2.26 g / m.
By using a high-purity graphite film having a density of not more than cm 3 and containing less impurities as a heat conductive material, heat is efficiently released.
【００４４】また、グラファイトフィルムを高分子フィ
ルム、金属フィルムなどと複合させることにより機械的
強度を増加させ、必要部分の温度を保ちつつ不必要な温
度を放熱し、より効率よく放熱を行う。Further, by combining a graphite film with a polymer film, a metal film, or the like, the mechanical strength is increased, and unnecessary temperatures are radiated while maintaining the temperature of a required portion, so that heat is radiated more efficiently.
【００４５】また、複数枚の高分子フィルムから得られ
るグラファイトブロックは、高い熱伝導率を有し、高密
度半導体等を効率よく冷却する。A graphite block obtained from a plurality of polymer films has a high thermal conductivity and efficiently cools a high-density semiconductor or the like.
【００４６】[0046]
【実施例】本発明の熱伝導体は、一定の厚さ以下の特殊
な高分子フィルムから得られるグラファイトフィルム
が、従来の手法で得られたグラファイトフィルムとは異
なり、特別に優れた熱伝導性を有していること、かつ従
来解決課題であった残留酸による金属腐食も全く無いこ
とを新規に知見したことを契機としてなされたものであ
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The heat conductor of the present invention is a graphite film obtained from a special polymer film having a certain thickness or less, which is different from a graphite film obtained by a conventional method. And the fact that it has been newly found that there is no metal corrosion due to residual acid, which was a problem to be solved conventionally.
【００４７】具体的には、４００μｍミクロン以下の厚
さを有するポリオキサジアゾール、芳香族ポリイミド、
芳香族ポリアミド、ポリパラフェニレンビニレンのうち
から選ばれた少なくとも一種類の高分子フィルムを用
い、少なくとも２４００℃以上の温度で熱処理すること
により、後述のように優れた熱電導性を有し、金属腐食
を起こさないグラファイト熱伝導体である。Specifically, polyoxadiazole having a thickness of 400 μm or less, aromatic polyimide,
Aromatic polyamide, using at least one type of polymer film selected from polyparaphenylene vinylene, by heat treatment at a temperature of at least 2400 ℃ or more, has excellent thermal conductivity as described below, metal It is a graphite heat conductor that does not cause corrosion.
【００４８】また、高分子としては、ポリベンゾチアゾ
ール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベンゾオキサゾ
ール、ポリベンゾビスオキサゾール、ポリアミドイミ
ド、ポリフェニレンベンゾイミタゾール、ポリフェニレ
ンベンゾビスイミタゾール、ポリチアゾール等も使用可
能である。As the polymer, polybenzothiazole, polybenzobisthiazole, polybenzoxazole, polybenzobisoxazole, polyamideimide, polyphenylenebenzimitazole, polyphenylenebenzobisimidazole, polythiazole and the like can also be used. It is.
【００４９】まず、本発明では、出発原料として４００
μｍ以下の厚さを有するフィルムが好適に用いられる
が、その理由としては、４００μｍ以上の厚さを有する
原料高分子フィルムを用いた場合には、本発明の熱処理
等によっても良質のグラファイトフィルムまたはグラフ
ァイトブロックを得ることは難しく、均一性のないボロ
ボロのグラファイトフィルムまたはグラファイトブロッ
クしか得られないことにある。First, in the present invention, 400
The film having a thickness of μm or less is preferably used, because, when a raw polymer film having a thickness of 400 μm or more is used, a high-quality graphite film or a heat-treated graphite film of the present invention can be used. Obtaining a graphite block is difficult, in that only a battered graphite film or graphite block without uniformity is obtained.
【００５０】更に、この様なフィルムから得られたグラ
ファイトフィルムまたはグラファイトブロック熱伝導率
は、一般に５００Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、高性能な熱伝
導体としては適当ではない。Further, the thermal conductivity of a graphite film or a graphite block obtained from such a film is generally 500 W / m · K or less, which is not suitable as a high-performance heat conductor.
【００５１】よって、本発明になる製造工程が有効に適
用される原料高分子フィルムの厚さの範囲は、４００μ
m以下の範囲であると考える。Therefore, the range of the thickness of the raw material polymer film to which the production process according to the present invention is effectively applied is 400 μm.
It is considered to be within m or less.
【００５２】次に、本発明では、最終的な最も高温とな
る処理温度は２４００℃以上であることが必要である。Next, in the present invention, the final highest processing temperature needs to be 2400 ° C. or more.
【００５３】というのは、この処理温度が２４００℃以
下である場合には、得られたフィルムまたはブロック
が、硬く脆いものだからである。This is because when the processing temperature is 2400 ° C. or less, the obtained film or block is hard and brittle.
【００５４】しかし、少なくとも１６００℃以上の温度
領域での熱処理は、不活性ガス中において、常圧あるい
は加圧下で行う必要がある。However, heat treatment in a temperature range of at least 1600 ° C. needs to be performed in an inert gas at normal pressure or under pressure.
【００５５】具体的には、原料高分子フィルムの厚さ
が、１００μｍ未満の場合には、常圧下での熱処理で十
分である場合も多いが、１００μｍ以上の厚さの場合に
は、加圧下で熱処理を行う必要がある。Specifically, when the thickness of the raw material polymer film is less than 100 μm, heat treatment under normal pressure is often sufficient, but when the thickness is 100 μm or more, the pressure It is necessary to perform heat treatment.
【００５６】その際に必要な圧力の大きさは、フィルム
の厚さにより異なるが、一般には０．１Ｋｇ／ｃｍ2か
ら５０Ｋｇ／ｃｍ2の圧力が好適である。[0056] The size of the pressure required at that time may vary depending on the thickness of the film, it is generally preferred that a pressure of 50 Kg / cm 2 from 0.1 Kg / cm 2.
【００５７】そして、作成されたグラファイトフィルム
に対して、必要に応じて圧延処理を施すと、より強靱で
柔軟性に富むグラファイトフィルムが得られることにな
る。If the produced graphite film is subjected to a rolling treatment as required, a tougher and more flexible graphite film can be obtained.
【００５８】以上をまとめると、本発明によれば、主と
して特定の分子構造を有し、かつ特定の範囲内の厚みを
有する高分子フィルムを用いることにより、得られるグ
ラファイトフィルムが、５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の優れた
熱伝導率を有し、かつ密度についても２．２６ｇ／ｃｍ
3 以下で通常の金属よりもはるかに軽量であるために、
熱伝導体の性能指数的には、従来の金属を用いたものよ
りもはるかに優れた放熱特性を示す熱伝導体を得ること
ができる。In summary, according to the present invention, a graphite film obtained by using a polymer film mainly having a specific molecular structure and having a thickness within a specific range can provide 500 W / m · It has an excellent thermal conductivity of at least K and a density of 2.26 g / cm.
Because it is much lighter than ordinary metal at 3 or less,
In terms of the performance index of the heat conductor, a heat conductor exhibiting much better heat radiation characteristics than that using a conventional metal can be obtained.
【００５９】また、本発明に関するグラファイトフィル
ムは、柔軟性に富むばかりでなく、自由にハサミやナイ
フで切断、加工が可能であるという特性を有する。Further, the graphite film according to the present invention not only has a high flexibility but also has a characteristic that it can be cut and processed freely with scissors or a knife.
【００６０】さて、本発明の熱伝導体であるグラファイ
トフィルムは、通常１０〜５０μｍの厚さのものが得ら
れるが、最も厚い高分子フィルムである４００μｍのも
のを原料とした場合でも、最終的に得られるグラファイ
トフィルムの厚さは２００μｍ程度であり、強度的には
十分なものではない。The graphite film, which is the heat conductor of the present invention, usually has a thickness of 10 to 50 μm, but even if the thickest polymer film, 400 μm, is used as the raw material, The thickness of the obtained graphite film is about 200 μm, and the strength is not sufficient.
【００６１】一方で、グラファイトの高い熱伝導性は、
グラファイトフィルムの面方向に生じるもので、面の厚
さ方向の熱伝導率は、その１／１００程度である。On the other hand, the high thermal conductivity of graphite
It occurs in the surface direction of the graphite film, and the thermal conductivity in the thickness direction of the surface is about 1/100 of that.
【００６２】したがって、これらのグラファイトを適当
な高分子と積層構造とすることにより、そのフィルムの
強度を向上させることが出来るし、更に、２次元的な伝
導の特徴をより顕著に活かすことも可能となる。Therefore, by forming these graphites into a laminated structure with a suitable polymer, the strength of the film can be improved, and the two-dimensional conduction characteristics can be more remarkably utilized. Becomes
【００６３】図１には、この様なグラファイト高分子複
合熱伝導体の構成の構成図を示す。この様な目的に使用
され得る高分子としては、エポキシ樹脂、ポリイミド、
ポリアミドイミド、ポリアミド、フェノール樹脂、ポリ
カーボネート、ポリエステル、ポリベンツイミダゾー
ル、ＡＢＳ、ポリスチレン、ポリエチレン等の幅広い高
分子が使用でき、特に、高い耐熱性を有するポリイミ
ド、ポリアミドイミド等は有効である。FIG. 1 shows a configuration diagram of such a graphite-polymer composite heat conductor. Polymers that can be used for such purposes include epoxy resins, polyimides,
A wide range of polymers such as polyamideimide, polyamide, phenolic resin, polycarbonate, polyester, polybenzimidazole, ABS, polystyrene, and polyethylene can be used, and particularly, polyimide and polyamideimide having high heat resistance are effective.
【００６４】高分子が熱硬化性である場合には、これら
の高分子、あるはその前駆体を溶剤に溶かしたものをグ
ラファイトフィルム１上に塗布し圧着乾燥させて高分子
膜２を形成し、この工程を繰り返し順に積層すればよ
い。When the polymer is thermosetting, the polymer or its precursor dissolved in a solvent is coated on a graphite film 1 and dried by pressing to form a polymer film 2. This step may be repeated in order.
【００６５】また、熱可塑性高分子の場合には、高分子
層とグラファイトフィルムを交互に積層した後、熱圧着
すればよい。In the case of a thermoplastic polymer, a polymer layer and a graphite film may be alternately laminated and then thermocompression-bonded.
【００６６】このグラファイトフィルムと金属との複合
体は、グラファイトが２次元伝導性であることの欠点を
補う意味で非常に有効である。The composite of a graphite film and a metal is very effective in compensating for the drawback of graphite being two-dimensional conductive.
【００６７】更に、最表面層を金属層とした場合には、
この層が輻射熱を反射するための反射膜として有効に働
く。Further, when the outermost layer is a metal layer,
This layer effectively works as a reflection film for reflecting radiant heat.
【００６８】この様なグラファイトフィルム、高分子層
および金属層の複合体は、グラファイトの強度向上、２
次元伝導性の活用、更に輻射熱の反射等に対して非常に
有効である。Such a composite of a graphite film, a polymer layer and a metal layer improves the strength of graphite,
It is very effective for utilization of dimensional conductivity and reflection of radiant heat.
【００６９】図２は、このようなグラファイトフィルム
１、高分子層２、金属層３との複合体の構成図である。FIG. 2 is a structural view of such a composite with the graphite film 1, the polymer layer 2 and the metal layer 3.
【００７０】この複合体では、グラファイトフィルム
１、高分子層２、金属層とは交互に積層されており、更
に最外層に金属層３が設けられている。In this composite, the graphite film 1, the polymer layer 2, and the metal layer are alternately laminated, and a metal layer 3 is provided as the outermost layer.
【００７１】最外層の金属層３は、輻射熱の反射膜とし
て有効に働くことになるが、この金属としては銅、アル
ミ、銀等が有効に使用できる。The outermost metal layer 3 functions effectively as a radiant heat reflecting film, and copper, aluminum, silver, etc. can be used effectively as the metal.
【００７２】以上述べたグラファイトフィルムからなる
熱伝導体、あるいはグラファイトフィルムと高分子、金
属等との複合体からなる熱伝導体は、これらを宇宙空間
で使用する場合、宇宙船内の電子機器等の発熱体からの
放熱を効率よく行い、宇宙船の軽量化と低コスト化を実
現することができる。The above-described heat conductor made of a graphite film, or a heat conductor made of a composite of a graphite film and a polymer, a metal, or the like, may be used in an outer space, such as an electronic device in a spacecraft. It is possible to efficiently radiate heat from the heating element, and to realize the weight reduction and cost reduction of the spacecraft.
【００７３】また、熱伝導体の有する充分な柔軟性のた
め、電子機器等のメンテナンスを容易にすることが出来
る。Further, since the heat conductor has sufficient flexibility, maintenance of electronic equipment and the like can be facilitated.
【００７４】また、グラファイトフィルムの熱伝導が２
次元的であることの欠点を補うには、原料高分子フィル
ムを、単体あるいは複数枚積層して炭化するか、又は炭
化した後複数枚積層し、更に機械加圧下でグラファイト
化を行い、グラファイト面が並行に配向したグラファイ
トブロックを作製してもよい。The heat conductivity of the graphite film is 2
In order to compensate for the drawback of being two-dimensional, the raw material polymer film is carbonized by laminating a single or a plurality of films, or a plurality of carbonized films are laminated after carbonization, and further graphitized under mechanical pressure, and the graphite surface is formed. May be produced in parallel to form a graphite block.
【００７５】こうして得られたグラファイトブロック
を、グラファイト面と垂直な面でカットすれば一面方向
にのみ高熱伝導性を有するグラファイトブロックができ
る。If the thus obtained graphite block is cut along a plane perpendicular to the graphite plane, a graphite block having high thermal conductivity only in one plane direction can be obtained.
【００７６】図３には、この様なグラファイトブロック
の構成図を示す。このグラファイトブロックは、高熱伝
導面の一方の端部が、高密度半導体等の熱源に接するよ
うに設置して熱伝導体として使用される。FIG. 3 shows a configuration diagram of such a graphite block. This graphite block is used as a heat conductor by being installed such that one end of the high heat conduction surface is in contact with a heat source such as a high-density semiconductor.
【００７７】また、必要に応じて、端部または全体を、
ＳｉＣ（炭化珪素）等で絶縁することも可能である。Also, if necessary, the end or the whole
It is also possible to insulate with SiC (silicon carbide) or the like.
【００７８】この様に一方向にのみ熱伝導性を有するブ
ロック状グラファイト熱伝導体については、以下の図４
または図５に示す様にして作製することも出来る。The block-shaped graphite thermal conductor having thermal conductivity only in one direction as described above is described below with reference to FIG.
Alternatively, it can be manufactured as shown in FIG.
【００７９】まず、図４においては、短冊状あるいは繊
維状に切断された高分子フィルムを、一方向に配向させ
た後に、機械的圧力下で炭素化、グラファイト化を行
う。First, in FIG. 4, a polymer film cut into strips or fibers is oriented in one direction, and then carbonized and graphitized under mechanical pressure.
【００８０】次に、これを配向軸に垂直面で切断し、一
軸方向にのみ高熱伝導性を付与させたグラファイトブロ
ックを得ることが出来る。Next, this is cut along a plane perpendicular to the orientation axis to obtain a graphite block having high thermal conductivity in only one axis direction.
【００８１】また、図５に示されるように、同心円状に
巻き付けられた高分子フィルムを、機械的圧力下で炭素
化、グラファイト化しても同様に、一軸方向にのみ高熱
伝導性を付与させたブロック状グラファイト熱伝導体を
作製することが出来る。Further, as shown in FIG. 5, even if the polymer film wound concentrically was carbonized and graphited under mechanical pressure, similarly, high thermal conductivity was imparted only in the uniaxial direction. A block-shaped graphite thermal conductor can be produced.
【００８２】以下、各実施例に基づき、本発明のグラフ
ァイト熱伝導体についてより具体的に説明する。Hereinafter, the graphite heat conductor of the present invention will be described more specifically with reference to Examples.
【００８３】（実施例１）厚さ５０μｍ、幅５００ｍ
ｍ、長さ７００ｍｍのポリピロメリットイミド（Ｄｕｐ
ｏｎｔ製カプトンＨフィルム）を１０００℃で予備熱処
理し、次に３０００℃で熱処理した。Example 1 50 μm in thickness and 500 m in width
m, 700 mm long polypyromellitimide (Dup
ont Kapton H film) was preheat treated at 1000 ° C and then at 3000 ° C.
【００８４】その後、２本のローラー間を通すことで圧
延処理して、厚さ４０μm、幅４００ｍｍ、長さ５６０
ｍｍのグラファイトフィルムを得た。After that, it is rolled by passing between two rollers to have a thickness of 40 μm, a width of 400 mm, and a length of 560.
mm was obtained.
【００８５】そして、図６に示されるように、このグラ
ファイトフィルムの一辺に切込みを入れ、短冊状にし
た。Then, as shown in FIG. 6, a cut was made on one side of the graphite film to form a strip.
【００８６】次に、図７のように、短冊状にした部分を
一つに束ね、図８のように、束ねた部分の周囲に柔軟性
を持った断熱材４を巻き付けた。Next, as shown in FIG. 7, the strip-shaped portions were bundled together, and as shown in FIG. 8, a flexible heat insulating material 4 was wound around the bundled portions.
【００８７】この様に形成されたグラファイトフィルム
の熱伝導体を、図９に斜視的に示すように電子機器等の
発熱体８の下に設置し、グラファイトフィルム２を束ね
た部分の端部を、図１０に示すように受熱体５に接続す
る。The heat conductor of the graphite film thus formed is placed under a heating element 8 such as an electronic device as shown in perspective in FIG. 9, and an end of a portion where the graphite films 2 are bundled is attached. , As shown in FIG.
【００８８】本実施例で得られたグラファイト熱伝導体
の密度、熱伝導率を、従来から使用されている金属の密
度、熱伝導率と比較し、その結果を（表１）に示す。The density and thermal conductivity of the graphite thermal conductor obtained in this example were compared with those of conventionally used metals, and the results are shown in Table 1.
【００８９】[0089]
【表１】 [Table 1]
【００９０】この比較結果によると、グラファイト熱伝
導体は、アルミニウムと比較すると密度で約１／２以
下、熱伝導率で約３．３倍以上の特性値を有する。According to this comparison result, the graphite thermal conductor has a characteristic value about 1/2 or less in density and about 3.3 times or more in thermal conductivity as compared with aluminum.
【００９１】更に、熱伝導の優れている銀、銅と比較し
ても密度は約１／９以下、熱伝導率は約２．０倍という
特性値を有する。Furthermore, compared to silver and copper, which have excellent thermal conductivity, they have characteristic values of a density of about 1/9 or less and a thermal conductivity of about 2.0 times.
【００９２】このためアルミニウムと比較すると６．０
倍以上の効率の向上になる。本発明者の検討によると、
この様な特性の向上は、原料高分子の厚さが、４００μ
ｍ以下程度までは持続する。For this reason, when compared with aluminum, 6.0
More than double the efficiency. According to the study of the present inventors,
Such an improvement in the properties is achieved when the thickness of the raw material polymer is 400 μm.
m or less.
【００９３】また、発熱体８と受熱体５を連絡する部分
は、断熱材４とその内部のグラファイトが柔軟性を持っ
ているために電子機器の移動が容易になり、メインテナ
ンスが容易である。In the portion connecting the heat generating element 8 and the heat receiving element 5, the heat insulating material 4 and the graphite therein have flexibility, so that the electronic equipment can be easily moved and the maintenance is easy.
【００９４】更に、発熱体８が複数である場合、数本の
発熱体と受熱体とを連絡する部分を例えば一つの受熱体
に集めることができるため、受熱体の数を減少させるこ
とができ、コールドプレート自体の重量の軽減と設備費
の低減が可能になる。Further, when a plurality of heating elements 8 are provided, a portion for connecting several heating elements and the heat receiving element can be collected, for example, into one heat receiving element, so that the number of heat receiving elements can be reduced. Thus, the weight of the cold plate itself can be reduced and the equipment cost can be reduced.
【００９５】そして、本実施例の熱伝導体によれば、電
子機器等の発熱体からの放熱を効率よく行うことがで
き、宇宙船内で用いた場合、宇宙船の軽量化と低コスト
化を実現することができる。According to the heat conductor of this embodiment, heat can be efficiently radiated from the heating element such as electronic equipment. When the heat conductor is used in a spacecraft, the weight and cost of the spacecraft can be reduced. Can be realized.
【００９６】（比較例１）厚さ５００μｍ、幅５００ｍ
ｍ、長さ７００ｍｍのポリイミドフィルムを１０００℃
で予備熱処理し、次に５０Ｋｇ／ｃｍ2の圧力下、２８
００℃で熱処理をした。その後２本のローラー間を通す
ことで圧延処理して、厚さ４００μｍ、幅４００ｍｍ、
長さ５６０ｍｍのグラファイトフィルムを得た。Comparative Example 1 500 μm in thickness and 500 m in width
m, a polyimide film with a length of 700 mm at 1000 ° C
And then under a pressure of 50 kg / cm 2 at 28
Heat treatment was performed at 00 ° C. After that, it is rolled by passing between two rollers, and has a thickness of 400 μm, a width of 400 mm,
A 560 mm long graphite film was obtained.
【００９７】しかし、こうして得られたグラファイトフ
ィルムはボロボロで均一でなく、強度も弱いものであっ
た。However, the graphite film thus obtained was ragged and non-uniform, and had a low strength.
【００９８】そして、このグラファイトフィルムの熱伝
導度は２０Ｗ／ｍ・Ｋで非常に低いものであった。The thermal conductivity of the graphite film was very low at 20 W / m · K.
【００９９】（実施例２）厚さ５０μｍ、幅５００ｍ
ｍ、長さ７００ｍｍのポリオキサジアゾール（古河電工
（株）製ＰＯＤ）を１０００℃で予備熱処理し、次に２
９００℃で熱処理した。(Example 2) Thickness 50 μm, width 500 m
m, a polyoxadiazole having a length of 700 mm (POD manufactured by Furukawa Electric Co., Ltd.) is subjected to a preliminary heat treatment at 1000 ° C.
Heat treatment was performed at 900 ° C.
【０１００】その後、２本のローラー間を通すことで圧
延処理して、厚さ３５μｍ、幅４００ｍｍ、長さ５６０
ｍｍのグラファイトフィルムを得た。Thereafter, the film is rolled by passing between two rollers to have a thickness of 35 μm, a width of 400 mm, and a length of 560.
mm was obtained.
【０１０１】そして、このグラファイトフィルムのを実
施例１と同様の方法で加工し、同様の手法で電子機器等
の発熱体の下に設置し、グラファイトフィルムを束ねた
部分の端部を受熱体に接続した。Then, this graphite film was processed in the same manner as in Example 1, placed under a heating element such as an electronic device in the same manner, and the end of the portion where the graphite films were bundled was used as a heat receiving element. Connected.
【０１０２】このようにして評価されたグラファイトフ
ィルムの熱伝導度は７５０Ｗ／ｍ・Ｋであり、実施例１
と同様に優れた放熱特性を示した。The thermal conductivity of the graphite film thus evaluated was 750 W / m · K.
Excellent heat dissipation characteristics were exhibited.
【０１０３】本発明者の検討によると、この様な特性
は、原料高分子の厚さが、４００μｍ以下程度までは持
続した。According to the study of the present inventors, such characteristics were maintained until the thickness of the raw material polymer was about 400 μm or less.
【０１０４】（実施例３）実施例１に記載した方法でグ
ラファイトフィルムを作製し、次にこのフィルムに溶液
状のポリイミド前駆体（東レ（株）製トレニース）を１
０μｍの厚さに塗布した。(Example 3) A graphite film was prepared by the method described in Example 1, and a polyimide precursor (Trenice manufactured by Toray Industries, Inc.) was added to the film.
It was applied to a thickness of 0 μm.
【０１０５】そして、減圧乾燥の後、まだ十分にイミド
化が進行していないフィルム２０枚を積層し、加熱圧着
を行った。Then, after drying under reduced pressure, 20 films whose imidization had not sufficiently progressed were laminated, and subjected to thermocompression bonding.
【０１０６】この場合の温度は３００℃、圧力は１０Ｋ
ｇ／ｃｍ2であった。熱電対を、こうして得られたフィ
ルムの内部と表面に設置し、フィルムの端を赤外線ラン
プで照射加熱し、一方の端を０℃で冷却した。In this case, the temperature is 300 ° C. and the pressure is 10 K
g / cm 2 . A thermocouple was placed inside and on the surface of the film thus obtained, the edge of the film was irradiated and heated with an infrared lamp, and one end was cooled at 0 ° C.
【０１０７】比較実験として同じ厚さのポリイミドフィ
ルムを用いて熱電対による温度測定を行った。As a comparative experiment, the temperature was measured by a thermocouple using a polyimide film having the same thickness.
【０１０８】その結果、本実施例によるグラファイト複
合材料ではフィルム表面の温度が２００℃であったと
き、内部の温度は５２℃であった。As a result, in the graphite composite material according to the present example, when the film surface temperature was 200 ° C., the internal temperature was 52 ° C.
【０１０９】これに対してポリイミドフィルムの場合
は、フィルム表面の温度が２００℃の時内部の温度は１
０８℃であった。On the other hand, in the case of a polyimide film, when the temperature on the film surface is 200 ° C., the internal temperature is 1 °.
08 ° C.
【０１１０】これにより本実施例によるグラファイト複
合フィルムが優れた放熱効果を持つことが分かった。From the above, it was found that the graphite composite film according to this example had an excellent heat radiation effect.
【０１１１】（実施例４）実施例１に記載した方法でグ
ラファイトフィルムを作製し、次にこのフィルムの表面
に溶液状のポリイミド前駆体（東レ（株）製トレニー
ス）を１０μｍの厚さに塗布した。Example 4 A graphite film was prepared by the method described in Example 1, and then a solution-like polyimide precursor (Trenice, manufactured by Toray Industries, Inc.) was applied to the surface of the film to a thickness of 10 μm. did.
【０１１２】そして、減圧乾燥の後、まだ十分にイミド
化が進行していないフィルム２０枚を積層し、加熱圧着
を行った。After drying under reduced pressure, 20 films which had not yet undergone sufficient imidization were laminated and heated and pressed.
【０１１３】この場合の温度は３００℃、圧力は１０Ｋ
ｇ／ｃｍ2である。得られたフィルムの表面にアルミを
約２μｍの厚さで蒸着した。In this case, the temperature is 300 ° C. and the pressure is 10 K
g / cm 2 . Aluminum was deposited on the surface of the obtained film in a thickness of about 2 μm.
【０１１４】熱電対をこうして得られたフィルムの内部
と表面に設置し、フィルムの端を赤外線ランプで照射加
熱し、一方の端を０℃で冷却した。A thermocouple was placed inside and on the surface of the thus obtained film, the end of the film was irradiated with an infrared lamp and heated, and one end was cooled at 0 ° C.
【０１１５】比較実験として、同じ厚さのポリイミドフ
ィルムを用いて、熱電対による温度測定を行った。As a comparative experiment, the temperature was measured with a thermocouple using polyimide films having the same thickness.
【０１１６】その結果、本発明によるグラファイト複合
材料ではフィルム表面の温度が２００℃であったとき、
内部の温度は４４℃であった。As a result, when the temperature of the film surface was 200 ° C. in the graphite composite material according to the present invention,
The internal temperature was 44 ° C.
【０１１７】これに対してポリイミドフィルムの場合
は、フィルム表面の温度が２００℃の時内部の温度は１
０２℃であった。On the other hand, in the case of a polyimide film, when the film surface temperature is 200.degree.
02 ° C.
【０１１８】これにより本実施例によるグラファイト複
合フィルムが優れた放熱効果を持つことが分かった。As a result, it was found that the graphite composite film of this example had an excellent heat radiation effect.
【０１１９】なお、グラファイトフィルムの表面に蒸着
して形成されたアルミ層は、目的に応じて、図２のよう
に高分子層側に設けることもできるし、またそれと反対
のグラファイトフィルム側に設けることもでき、もちろ
ん場合によっては、その双方および内部の中間領域に形
成することが可能である。The aluminum layer formed by vapor deposition on the surface of the graphite film can be provided on the polymer layer side as shown in FIG. 2 or on the opposite graphite film side depending on the purpose. It is also possible, of course, in some cases to form both of them and in the intermediate region inside.
【０１２０】（実施例５）厚さ５０μｍのポリピロメリ
ットイミド（Ｄｕｐｏｎｔ製カプトンＨフィルム）を１
０００枚積層し、１０００℃で予備熱処理した。(Example 5) Polypyromellitimide (Kapton H film manufactured by Dupont) having a thickness of 50 μm was added to 1
000 sheets were laminated and subjected to a preliminary heat treatment at 1000 ° C.
【０１２１】そして、予備処理後ブロックを取り出し、
超高温ホットプレスを用い２９００℃で熱処理した。Then, the block after the preliminary processing is taken out, and
Heat treatment was performed at 2900 ° C. using an ultra-high temperature hot press.
【０１２２】２９００℃で３００Ｋｇ／ｃｍ2の圧力を
一時間印加してグラファイトブロックを作製した。A graphite block was prepared by applying a pressure of 300 kg / cm 2 at 2900 ° C. for one hour.
【０１２３】こうして厚さ１０ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ
２０ｍｍのグラファイトブロックを得た。Thus, a graphite block having a thickness of 10 mm, a width of 20 mm and a length of 20 mm was obtained.
【０１２４】次に、このブロックをグラファイト面と垂
直な面で５ｍｍの厚さに切断し、厚さ５ｍｍ、幅１０ｍ
ｍ、長さ２０ｍｍのブロックを得た。Next, this block was cut to a thickness of 5 mm on a surface perpendicular to the graphite surface, and a thickness of 5 mm and a width of 10 m
m and a block having a length of 20 mm were obtained.
【０１２５】このグラファイトブロックの下に熱電対を
設置し、グラファイト表面を赤外線ヒーターで加熱し
た。A thermocouple was placed under the graphite block, and the graphite surface was heated with an infrared heater.
【０１２６】比較実験として、同じ大きさの銅ブロック
を同じ条件で加熱した。結果としては、グラファイトブ
ロックの下に設置された熱電対が１００℃の時、銅ブロ
ックの下の熱電対は８３℃であり、本実施例になるグラ
ファイトブロックの優れた熱伝導性が証明された。As a comparative experiment, copper blocks of the same size were heated under the same conditions. As a result, when the thermocouple installed under the graphite block was at 100 ° C., the thermocouple under the copper block was at 83 ° C., demonstrating the excellent thermal conductivity of the graphite block according to the present embodiment. .
【０１２７】（実施例６）厚さ５０μｍのポリピロメリ
ットイミド（Ｄｕｐｏｎｔ製カプトンＨフィルム）を長
さ５０ｍｍ、幅１ｍｍに切断し、グラファイトボックス
の中に一定方向にならべて、５０Ｋｇ／ｃｍ2の圧力を
印加しながら１０００℃で予備熱処理した。Example 6 A 50 μm thick polypyromellitimide (Kapton H film manufactured by Dupont) was cut into a length of 50 mm and a width of 1 mm, and was cut in a graphite box in a certain direction to obtain 50 kg / cm 2 . Preliminary heat treatment was performed at 1000 ° C. while applying pressure.
【０１２８】そして、予備処理後得られたブロックを取
り出し超高温ホットプレスを用い２９００℃で熱処理し
た。Then, the block obtained after the preliminary treatment was taken out and heat-treated at 2900 ° C. using an ultra-high temperature hot press.
【０１２９】２９００℃で３００Ｋｇ／ｃｍ2の圧力を
一時間印加してグラファイトブロックを作製した。A graphite block was manufactured by applying a pressure of 300 kg / cm 2 at 2900 ° C. for one hour.
【０１３０】こうして厚さ１０ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ
５０ｍｍのグラファイトブロックを得た。Thus, a graphite block having a thickness of 10 mm, a width of 20 mm and a length of 50 mm was obtained.
【０１３１】次に、このブロックをグラファイト面と垂
直な面で５ｍｍの厚さに切断し、厚さ５ｍｍ、幅１０ｍ
ｍ、長さ２０ｍｍのブロックを得た。Next, this block was cut to a thickness of 5 mm on a surface perpendicular to the graphite surface, and a thickness of 5 mm and a width of 10 m
m and a block having a length of 20 mm were obtained.
【０１３２】このグラファイトブロックの下に熱電対を
設置し、グラファイト表面を赤外線ヒーターで加熱し
た。A thermocouple was set under the graphite block, and the graphite surface was heated with an infrared heater.
【０１３３】比較実験として、同じ大きさの銅ブロック
を同じ条件で加熱した。グラファイトブロックの下に設
置された熱電対が１００℃の時、銅ブロックの下の熱電
対は８５℃であり、本実施例になるグラファイトブロッ
クの優れた熱伝導性が証明された。As a comparative experiment, copper blocks of the same size were heated under the same conditions. When the thermocouple placed under the graphite block was at 100 ° C., the thermocouple under the copper block was at 85 ° C., demonstrating the excellent thermal conductivity of the graphite block according to the present example.
【０１３４】（実施例７）厚さ５０μｍのポリピロメリ
ットイミド（Ｄｕｐｏｎｔ、カプトンＨフィルム）を同
心円上に巻き長さ５０ｍｍ、幅２０ｍｍのグラファイト
ボックスの中に詰め込んだ。Example 7 A 50 μm thick polypyromellitimide (Dupont, Kapton H film) was wound around a concentric circle and packed in a graphite box having a length of 50 mm and a width of 20 mm.
【０１３５】その後、５０Ｋｇ／ｃｍ2の圧力を印加し
ながら、１０００℃で予備熱処理をした。Thereafter, a preliminary heat treatment was performed at 1000 ° C. while applying a pressure of 50 kg / cm 2 .
【０１３６】そして、予備処理後得られたブロックを取
り出し超高温ホットプレスを用いて、２９００℃で熱処
理した。Then, the block obtained after the pretreatment was taken out and heat-treated at 2900 ° C. by using an ultra-high temperature hot press.
【０１３７】２９００℃で３００Ｋｇ／ｃｍ2の圧力を
一時間印加してグラファイトブロックを作製した。A pressure of 300 kg / cm 2 was applied at 2900 ° C. for one hour to produce a graphite block.
【０１３８】こうして厚さ１０ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ
５０ｍｍのグラファイトブロックを得た。Thus, a graphite block having a thickness of 10 mm, a width of 20 mm and a length of 50 mm was obtained.
【０１３９】次に、このブロックをグラファイト面と垂
直な面で５ｍｍの厚さに切断し、厚さ５ｍｍ、幅１０ｍ
ｍ、長さ２０ｍｍのブロックを得た。Next, this block was cut to a thickness of 5 mm on a surface perpendicular to the graphite surface, and a thickness of 5 mm and a width of 10 m were cut.
m and a block having a length of 20 mm were obtained.
【０１４０】このグラファイトブロックの下に熱電対を
設置し、グラファイト表面を赤外線ヒーターで加熱し
た。A thermocouple was set under the graphite block, and the graphite surface was heated with an infrared heater.
【０１４１】比較実験として、同じ大きさの銅ブロック
を同じ条件で加熱した。グラファイトブロックの下に設
置された熱電対が１００℃の時、銅ブロックの下の熱電
対は８７８℃であり、本実施例になるグラファイトブロ
ックの優れた熱伝導性が証明された。As a comparative experiment, copper blocks of the same size were heated under the same conditions. When the thermocouple installed under the graphite block was at 100 ° C., the thermocouple under the copper block was at 878 ° C., demonstrating the excellent thermal conductivity of the graphite block according to the present example.
【０１４２】[0142]
【発明の効果】以上、要するに本発明は、高分子フィル
ムの熱処理によって得られるグラファイト熱伝導体であ
って、従来の金属熱伝導体に比べて効果的に放熱、冷却
を行うことが出来る。In summary, the present invention relates to a graphite heat conductor obtained by heat-treating a polymer film, which can effectively release and cool heat as compared with a conventional metal heat conductor.
【０１４３】また、その２次元的熱伝導、１次元的熱伝
導特性を利用して熱遮断、放熱の役割を備えた熱伝導体
とすることができる。Further, a heat conductor having a role of heat interruption and heat radiation can be obtained by utilizing the two-dimensional heat conduction and one-dimensional heat conduction characteristics.
【０１４４】更に、軽量であることを利用して宇宙、航
空機用機器の放熱、熱伝導体として利用できる。Further, utilizing its light weight, it can be used as a heat radiator and a heat conductor for space and aircraft equipment.
【図１】本発明のグラファイト高分子複合熱伝導体の構
成図FIG. 1 is a structural diagram of a graphite polymer composite thermal conductor of the present invention.
【図２】同グラファイトフィルム、高分子、金属との複
合体の構成図FIG. 2 is a configuration diagram of a composite of the same graphite film, polymer, and metal.
【図３】同一面方向にのみ高熱伝導性を有するグラファ
イトブロック熱伝導体を示す図FIG. 3 is a view showing a graphite block thermal conductor having high thermal conductivity only in the same plane direction.
【図４】同一軸方向にのみ高熱伝導性を付与させたブロ
ック状グラファイト熱伝導体を示す図FIG. 4 is a view showing a block-shaped graphite heat conductor provided with high heat conductivity only in the same axial direction.
【図５】同一軸方向にのみ高熱伝導性を付与させたブロ
ック状グラファイト熱伝導体を示す図FIG. 5 is a view showing a block-shaped graphite thermal conductor having high thermal conductivity provided only in the same axial direction.
【図６】同一辺を短冊状に切ったグラファイトフィルム
を示す図FIG. 6 is a view showing a graphite film in which the same side is cut into strips.
【図７】図６のグラファイトフィルムの短冊状部分を一
つに束ねた構成図FIG. 7 is a configuration diagram in which strip-shaped portions of the graphite film of FIG. 6 are bundled together;
【図８】図７の束ねた部分の周囲に柔軟性を持った断熱
材を巻き付けた構成図8 is a configuration diagram in which a flexible heat insulating material is wound around the bundled portion in FIG. 7;
【図９】図８のグラファイトフィルムを電子機器等の発
熱体の下に設置した透視図9 is a perspective view in which the graphite film of FIG. 8 is installed under a heating element such as an electronic device.
【図１０】図９のグラファイトフィルムをコールドプレ
ート内に設置した構成図FIG. 10 is a configuration diagram in which the graphite film of FIG. 9 is installed in a cold plate.
【図１１】従来のコールドプレートを示す平面図FIG. 11 is a plan view showing a conventional cold plate.
【図１２】図１１のコールドプレートのＸ−Ｘの断面図FIG. 12 is a sectional view of the cold plate taken along line XX of FIG. 11;
【図１３】従来のコールドプレートを示す平面図FIG. 13 is a plan view showing a conventional cold plate.
【図１４】図１３のコールドプレートのＹ−Ｙの断面図14 is a cross-sectional view of the cold plate of FIG. 13 taken along line YY.
１ グラファイトフィルム ２ 高分子層 ３ 金属層 ４ 断熱材 ５ 受熱体 ６ 冷媒流入配管 ７ 冷媒流出配管 ８ 発熱体 ９ フィン １０ 金属棒 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Graphite film 2 Polymer layer 3 Metal layer 4 Heat insulating material 5 Heat receiving body 6 Refrigerant inflow pipe 7 Refrigerant outflow pipe 8 Heating element 9 Fin 10 Metal rod
フロントページの続き (72)発明者 江原 潤 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−105199（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−149012（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−149014（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−71156（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−222620（ＪＰ，Ａ) 特公 平３−51302（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/52 C04B 41/89,41/90 Continuation of the front page (72) Inventor Jun Ehara 1006 Kadoma, Kazuma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-1-105199 (JP, A) JP-A-4-149012 (JP) JP-A-4-149014 (JP, A) JP-A-64-71156 (JP, A) JP-A-5-222620 (JP, A) JP-B-3-51302 (JP, B2) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C04B 35/52 C04B 41/89, 41/90
Claims (7)
得られ、熱伝導率が５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるグラフ
ァイトフィルムを有し、前記グラファイトフィルムの一
部に切れ込みを入れ短冊状にして、前記短冊状の部分の
一部を束ねているグラファイト熱伝導体。 1. A graphite film obtained by heat-treating a predetermined polymer film and having a thermal conductivity of 500 W / m · K or more.
Cut into the strip to make a strip,
Graphite thermal conductor that bundles a part .
得られ、熱伝導率が５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるグラフ
ァイトフィルムと、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリア
ミドイミド、ポリアミド、フェノール樹脂、ポリカーボ
ネート、ポリエステル、ポリベンツイミダゾール、ＡＢ
Ｓ、ポリスチレンまたはポリエチレンを含む高分子層と
の積層構造を有するグラファイト熱伝導体。 2. A heat treatment of a predetermined polymer film.
The obtained graphite film having a thermal conductivity of 500 W / m · K or more, an epoxy resin, a polyimide,
Midimide, polyamide, phenolic resin, polycarbonate
Nate, polyester, polybenzimidazole, AB
A graphite heat conductor having a laminated structure with a polymer layer containing S, polystyrene or polyethylene .
得られ、熱伝導率が５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるグラフ
ァイトフィルムを有し、前記グラファイトフィルム表面
に、反射膜として金属層が形成されているグラファイト
熱伝導体。3. Heat treatment of a predetermined polymer film
The obtained graphite film having a thermal conductivity of 500 W / m · K or more, and the surface of the graphite film
In addition, graphite with a metal layer formed as a reflective film
Thermal conductor .
後複数枚積層するか、所定の高分子フィルムを複数枚積
層して炭化した後で、機械加圧下においてグラファイト
化を行うことにより得られるグラファイトブロックであ
って、そのグラファイト面が互いに平行に配向され、前
記グラファイト面の方向に熱伝導性を有するグラファイ
トブロックを前記グラファイト面と垂直な面で５ｍｍ以
下の厚さでカットすることにより厚さ方向に高熱伝導性
を有するグラファイト熱伝導体。4. A method in which a plurality of predetermined polymer films are laminated after carbonizing a predetermined polymer film, or a plurality of predetermined polymer films are carbonized and then graphitized under mechanical pressure. A graphite block whose graphite surfaces are oriented parallel to each other, and which has a thermal conductivity in the direction of the graphite surface in a direction perpendicular to the graphite surface of 5 mm or less.
High thermal conductivity in thickness direction by cutting at lower thickness
Graphite heat conductor having.
の高分子フィルムを一方向に配向させた後に、機械的圧
力下で炭素化およびグラファイト化を行うことにより得
られるグラファイトブロックであって、前記配向の方向
に熱伝導性を有するグラファイトブロックを前記配向の
方向と垂直な面で５ｍｍ以下の厚さでカットすることに
より厚さ方向に高熱伝導性を有するグラファイト熱伝導
体。5. A graphite block obtained by orienting a predetermined polymer film cut into strips or fibers in one direction and then carbonizing and graphitizing under mechanical pressure, of the alignment of graphite blocks having thermal conductivity in the direction of the alignment
To cut with a thickness of 5mm or less on a plane perpendicular to the direction
A graphite thermal conductor having higher thermal conductivity in the thickness direction .
子フィルムを、機械的圧力下で炭素化およびグラファイ
ト化を行うことにより得られるグラファイトブロックで
あって、前記同心円の軸方向に熱伝導性を有するグラフ
ァイトブロックを前記同心円の軸方向と垂直な面で５ｍ
ｍ以下の厚さでカットすることにより厚さ方向に高熱伝
導性を有するグラファイト熱伝導体。6. A graphite block obtained by subjecting a predetermined polymer film wound substantially concentrically to carbonization and graphitization under mechanical pressure, wherein the graphite block has thermal conductivity in the axial direction of the concentric circles. 5m in a plane perpendicular to the axial direction of the concentric circle
High heat transfer in the thickness direction by cutting at thickness less than m
Conductive graphite heat conductor.
ン以下の厚さを有するポリオキサジアゾール、芳香族ポ
リイミド、芳香族ポリアミド、ポリパラフェニレンビニ
レンのうちから選ばれた少なくとも一種類の高分子フィ
ルムであり、前記高分子フィルムを少なくとも２４００
℃以上の温度で熱処理して得られたものである請求項１
から６のいずれかに記載のグラファイト熱伝導体。7. The polymer film according to claim 1, wherein the predetermined polymer film is at least one selected from the group consisting of polyoxadiazole, aromatic polyimide, aromatic polyamide, and polyparaphenylenevinylene having a thickness of 400 microns or less. Wherein said polymer film is at least 2400
2. A material obtained by heat treatment at a temperature of not less than ℃.
7. The graphite heat conductor according to any one of items 1 to 6.
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