JP4075481B2

JP4075481B2 - Metal-graphite sheet composite and electronic device

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Publication number: JP4075481B2
Application number: JP2002180190A
Authority: JP
Inventors: 正樹折橋; 清一宮井; 克巳岡山; 薫小林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2022-06-20
Also published as: JP2004023065A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱体に熱的に接続して発熱体の発生する熱を伝導するための金属−グラファイトシート複合体および金属−グラファイトシート複合体を有する電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、熱伝導性の材料としては銅やアルミニウム等の金属材料が使われている。これらの材料は、通常の使用においては十分な機能を持ち広く使われている。
しかしながら、金属材料は硬くフレキシブルでなく、局所的に大きな熱の発生が避けられず、その放熱は電流供給リード線では到底まかなうことができないため、放熱の機構を電流供給の機構とは別途に組み込む必要がある。このため電子素子の作成および使用に当たっての大きな妨げになっている。
具体的には、例えば半導体レーザチップの活性層に近い面をシリコンあるいは酸化ベリリウム、炭化シリコン、ダイヤモンドといった熱伝導性の比較的よい結晶性物質の小片に接着させて（この構造はいわゆるサブマウントと呼ばれる。）、放熱をよくしようということが行われている。
【０００３】
さらに、半導体レーザチップにおいて高出力動作が必要な場合には、効率よく冷却するためにペルチエ素子の冷却側に、半導体レーザチップの活性層側を張り付けることなども実際に行われている。
炭素質材料は、軽量耐熱材料としてあるいは高強度材料として、各種の構造材料として使われている。このような炭素材料の中で炭素原子が６角形の網の目状に結合したグラファイトは、その高い熱伝導性を利用した放熱・電熱材料としての用途が広がろうとしている。
【０００４】
特にシート状のグラファイトは、大きな面積のものを容易に作ることができるとともに、極めて高い熱伝導率を持ち、柔軟性に富んでいるため、熱伝達用の材料としてヒートコンダクターやヒートスプレッダーを必要とするところに用いられている。
このグラファイトシートは、比較的高い電気伝導率を持つため、電磁波ノイズのシールド材にもなりうる。ところが、電磁波ノイズ源にもなるたとえばＬＳＩ（大規模集積回路）チップからの放熱のために、このチップにグラファイトシートを貼ったり、このチップに直接ヒートシンクを接続した場合に、グラファイトシートは熱伝達材のみならずノイズ伝播材になる可能性がある。
【０００５】
また、電磁波吸収材を発熱体に貼ることにより、電磁波ノイズを吸収することができるが、電磁波吸収材の熱伝導率が、アルミナや炭化ケイ素等の熱伝導性セラミックスや、セラミックス等のフィラーが含有されたシリコーンゴム系の放熱スペーサーに比較して低いため、発熱体と電磁波吸収材に熱がこもってしまうという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電気伝導度の大きな金属箔等の材料をシールド材として用いた場合、はんだ付けやねじ止め等の方法により、シールドをグランド（ＧＮＤ）に接続する必要がある。
一方、グラファイトシートは、柔軟性を有しかつ熱伝導率・電気伝導度は共に大きいが、その表面が非常に反応性に乏しいことから、グラファイトシートに対しては一般的にははんだ付け等の操作は困難である。またグラファイトシートを直接ねじ止めしようとしても、グラファイトシートそのものの強度が弱いため、グラファイトシートが破損しやすい。
以上のような点が、優れた熱伝導と導電性を持つというグラファイトシートのメリットを実際に利用する上で大きな課題となっていた。
【０００７】
これまで、たとえば、特開平１０−３３０１７７号公報には、グラファイトシートに金属薄膜を積層した構造が説明されている。しかし、金属薄膜は、真空蒸着、スパッタ蒸着、またはメッキによりグラファイトシート上に直接付着されているため、かなり薄い膜であり、ねじ止めなどには強度が低い。
また、特開平８−２６７６４７号公報には、レーザー加工により、グラファイトシートに穴を開けて１つの支持部材とを固着積層してなるグラファイトクラッド構造材が提案されている。ただし、この手法ではグラファイトシートの強度を上げることができるものの、プロセス上手間がかかるという難点があった。
そこで本発明は上記課題を解消し、グラファイトシートの特性である良好な導電性と熱伝導性を基本にして、電気を伝えながら放熱することが確実かつ容易に行うことが出来る金属−グラファイトシート複合体および電子機器を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、発熱体に熱的に接続して前記発熱体の発生する熱を放熱するための金属−グラファイトシート複合体であり、前記発熱体に対して熱的に接続されるグラファイトシートと、前記発熱体に配置されて前記発熱体の発生する電磁波を吸収して前記グラファイトシートに対して熱的に接続されており、前記発熱体の熱を伝達するための放熱性のフィラーを有する電磁波吸収体と、前記グラファイトシートの一部分に配置される金属箔と、前記グラファイトシートを通じて伝導されてくる前記発熱体の熱を放出するための熱放出対象部分に対して、前記金属箔を熱的に接続する熱的接続部と、を備えることを特徴とする金属−グラファイトシート複合体である。
【０００９】
請求項１では、グラファイトシートは、発熱体に対して熱的に接続される。
電磁波吸収体は、発熱体に配置されて発熱体の発生する電磁波を吸収してグラファイトシートに対して熱的に接続されている。この電磁波吸収体は、発熱体の熱を伝達するための放熱性のフィラーを有している。
金属箔は、グラファイトシートの一部分に配置される。
熱的接続部は、グラファイトシートを通じて伝導されてくる発熱体の熱を放出するための熱放出対象部分に対して、金属箔を熱的に接続するためのものである。
これにより、発熱体の発生する熱は、電磁波吸収体とグラファイトシートおよび金属箔を通じて熱的接続部に伝えられる。熱的接続部はこの伝えられた熱を、熱放出対象部分に対して放出することができる。したがって、発熱体の熱が発熱体と電磁波吸収体にこもらず、グラファイトシートに伝えることができる。
従って、発熱体の発生する熱は、グラファイトシートの特性である良好な熱伝導性および電磁波吸収体の熱を伝える機能を利用して金属箔に伝えることができ、金属箔に伝えられた発熱体の熱は熱的接続部を通じて熱放出対象部分に対して確実にかつ簡単に放出することができる。
電磁波吸収体は、発熱体の発生する電磁波を吸収することができるので、この電磁波がグラファイトシートを伝わって他の電子素子等の部分に影響を与えることが無くなる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の金属−グラファイトシート複合体において、前記電磁波吸収体は、前記発熱体を覆っている。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１に記載の金属−グラファイトシート複合体において、前記発熱体と前記グラファイトシートの間には、さらに放熱スペーサーが配置されている。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１に記載の金属−グラファイトシート複合体において、前記熱的接続部は金属性のネジであり、前記熱放出対象部分は回路基板の導体部分であり、前記ネジが前記金属箔と前記グラファイトシートの一部分を前記導体部分側に固定している。
【００１３】
請求項４では、熱的接続部である金属製のネジが、金属箔とグラファイトシートの一部分を回路基板の導体部分に対して固定しているので、仮にグラファイトシートに発熱体の発生する電磁波が伝わったとしても、この電磁波は金属製のネジを通じて回路基板の導体部分側に確実に逃がすことができる。
【００１４】
請求項５の発明は、発熱体に熱的に接続して前記発熱体の発生する熱を放熱するための金属−グラファイトシート複合体を有する電子機器であり、前記発熱体に対して熱的に接続されるグラファイトシートと、前記発熱体に配置されて前記発熱体の発生する電磁波を吸収して前記グラファイトシートに対して熱的に接続されており、前記発熱体の熱を伝達するための放熱性のフィラーを有する電磁波吸収体と、前記グラファイトシートの一部分に配置される金属箔と、前記グラファイトシートを通じて伝導されてくる前記発熱体の熱を放出するための熱放出対象部分に対して、前記金属箔を熱的に接続する熱的接続部と、を備えることを特徴とする電子機器である。
【００１５】
請求項５では、グラファイトシートは、発熱体に対して熱的に接続される。
電磁波吸収体は、発熱体に配置されて発熱体の発生する電磁波を吸収してグラファイトシートに対して熱的に接続されている。この電磁波吸収体は、発熱体の熱を伝達するための放熱性のフィラーを有している。
金属箔は、グラファイトシートの一部分に配置される。
熱的接続部は、グラファイトシートを通じて伝導されてくる発熱体の熱を放出するための熱放出対象部分に対して、金属箔を熱的に接続するためのものである。
これにより、発熱体の発生する熱は、電磁波吸収体とグラファイトシートおよび金属箔を通じて熱的接続部に伝えられる。熱的接続部はこの伝えられた熱を、熱放出対象部分に対して放出することができる。したがって、発熱体の熱が発熱体と電磁波吸収体にこもらず、グラファイトシートに伝えることができる。
従って、発熱体の発生する熱は、グラファイトシートの特性である良好な熱伝導性および電磁波吸収体の熱を伝える機能を利用して金属箔に伝えることができ、金属箔に伝えられた発熱体の熱は熱的接続部を通じて熱放出対象部分に対して確実にかつ簡単に放出することができる。
電磁波吸収体は、発熱体の発生する電磁波を吸収することができるので、この電磁波がグラファイトシートを伝わって他の電子素子等の部分に影響を与えることが無くなる。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項５に記載の電子機器において、前記電磁波吸収体は、前記発熱体を覆っている。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項５に記載の電子機器において、前記発熱体と前記グラファイトシートの間には、さらに放熱スペーサーが配置されている。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項５に記載の電子機器において、前記熱的接続部は金属製のネジであり、前記熱放出対象部分は回路基板の導体部分であり、前記ネジが前記金属箔と前記グラファイトシートの一部分を前記導体部分側に固定している。
【００１９】
請求項８では、熱的接続部である金属製のネジが、金属箔とグラファイトシートの一部分を回路基板の導体部分に対して固定しているので、仮にグラファイトシートに発熱体の発生する電磁波が伝わったとしても、この電磁波は金属製のネジを通じて回路基板の導体部分側に確実に逃がすことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００２１】
図１は本発明の金属−グラファイトシート複合体を有する電子機器の好ましい実施の形態を示している。
図１に示す電子機器１０は、一例としていわゆる携帯情報端末（ＰＤＡ）である。この電子機器１０は、筐体１２と表示装置１４を有している。
図２は、図１の電子機器１０をさらに詳しく示している。
図１の電子機器１０は、筐体１２、表示装置１４、入力装置２０、およびパワーキー２２、音声のボリューム調整部２４、外部のイヤーホンをつなぐためのジャック２７、他の機能を発揮させるためのキー２６，２８を有している。
【００２２】
図１の入力装置２０は、操作者（使用者）の部位、たとえば手Ｈの指Ｆにより操作することでポインタＰの座標データを与えるためのものである。指Ｆは図１の例では人差指を用いているが、これに限らず他の指であっても勿論構わない。図２では、図１の表示画面３０に表示した情報４０の一例を表示している。図１と図２に示すように表示画面３０にはポインタＰを表示している。このポインタＰは矢印形のポインタである。
【００２３】
図２に示すように表示装置１４の表示画面３０には、ポインタＰの他に、情報４０や、各種機能を実施するためのキー４４，４６，４８等が表示されている。キー４２はキーボードを表示画面３０に表示させるためのキーである。キー４４は情報の検索に用いるキーである。キー４６はメニューを表示画面３０に表示するためのキーである。キー４８はたとえば表示を英語表示か日本語表示に切り換えることができるキーである。これらのキー４２，４４，４６，４８の操作は指Ｆでタッチすることで行える。
【００２４】
図２の筐体１２は、第１部分１２Ａと第２部分１２Ｂを有している。第１部分１２Ａは上筐体部分とも呼び、第２部分１２Ｂは下筐体部分とも呼ぶ。第１部分１２Ａと第２部分１２Ｂは重ねることにより、その中に空間を形成している。この空間には表示装置１４や回路基板等が収容されている。
筐体１２は、たとえばプラスチックであるＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＣ＋ＡＢＳ（ポリカーボネート＋アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、変性ＰＰＥ（ポリフェチレンエーテル）等により作られている。
図１に示すように、筐体１２の中には、回路基板２００が収容されている。この回路基板２００は、たとえば表示装置１４を駆動するための表示装置駆動回路や、入力装置２０の機能を達成するための回路等を搭載している。
【００２５】
図３は、図１に示す回路基板２００の一部分を示しており、この回路基板２００には、発熱素子の一例として、表示装置１４の駆動を制御するためのＣＰＵ（中央処理装置）５０が搭載されている。このＣＰＵ５０の作動時に発生する熱は、金属−グラファイトシート複合体６０により外部に放出できる構造になっている。
回路基板２００の上にはグランド（ＧＮＤ）６１が形成されている。このグランド６１は、回路基板２００の上に形成された導体部分（導体パターン）である。このグランド６１と金属−グラファイトシート複合体６０は、放熱装置（冷却装置ともいう）６２を構成している。
【００２６】
金属−グラファイトシート複合体６０について、図３〜図５を参照しながら説明する。
金属−グラファイトシート複合体６０は、グラファイトシート７０と、金属箔７１と、ラミネート材７３と、熱的接続部７４と、そして電磁波吸収体７５を有している。
グラファイトシート７０は、図６に示すようなカーボンが層状構造を取ったものであり、シートの面内の熱伝導率がたとえば４００から１０００Ｗ／ｍＫと銅やアルミニウムなどの金属より高く、かつ密度が１ｇ／ｃｍ³程度と軽い材料である。同時に高い電気伝導性をもつ材料である。このグラファイトシート７０をヒートコンダクタとして用いることにより、効率良く熱を伝達させることが可能である。
このグラファイトシート７０は、主として炭素原子同士の結合面の方向、すなわち図６に示す面内方向の両方に放熱し得るような構成を有している。このグラファイトシート７０は、図４における矢印Ｒ方向に沿って熱を伝えやすい。
【００２７】
図４に示すように、グラファイトシート７０の中央部７０Ａは、発熱体あるいは発熱素子ともいうＣＰＵ５０の面５０Ａに対して、電磁波吸収体７５を介して熱的に接続されている。この電磁波吸収体７５は、ＣＰＵ５０が作動時に発生する熱を、グラファイトシート７０側に効率良く伝達するための放熱性のフィラーを有しているものである。しかもこの電磁波吸収体７５は、ＣＰＵ５０の発生する電磁波を吸収してグラファイトシート７０の中央部７０Ａに対して熱的に接続されている。
【００２８】
グラファイトシート７０の両方の端部７０Ｂは、回路基板２００のグランド６１側に位置している。
このグランド６１は、熱放出対象部分に相当している。このグランド６１を通じて、ＣＰＵ５０の発生する熱は図１の電子機器１０の筐体１２あるいは筐体１２の外部に熱を放出することができる。グラファイトシート７０は、良好な電気伝導性と熱伝導性を有している。
【００２９】
図３と図４に示す金属箔７１は、良好な電気伝導性および熱伝導性を有する金属、たとえば銅やアルミニウム等の一般的な金属を用いることができる。金属箔７１としてこのような一般的な金属を用いることにより、はんだ付け等の作業が可能になる。
この金属箔７１は、グラファイトシート７０の２つの端部７０Ｂにサンドイッチ状にそれぞれ包むようにして配置されている。
【００３０】
金属箔７１は、好ましくは内側に複数個の突起８１を有している。この突起８１は、図４のＸ方向、およびＸ方向とは垂直でかつ紙面に垂直なＹ方向に沿って、たとえばマトリックス状に配列されている。たとえば突起８１の図４における断面形状はほぼ長方形状もしくは正方形状である。
このような複数の突起８１を金属箔７１に形成することにより、金属箔７１がグラファイトシート７０に対して接着される際に、金属箔７１からグラファイトシート７０に対する接着面積および熱伝導するための面積を、突起８１が無い場合に比べて大幅に拡大することができるのである。これによって、金属箔７１とグラファイトシート７０の熱伝導性を向上することができる。
このように金属箔７１は、グラファイトシート７０の少なくとも一部分に配置されているが、この金属箔７１はグラファイトシート７０の端部７０Ｂに限らずさらに広い部分に対して設けるようにしても勿論構わない。
【００３１】
ラミネート材７３は、グラファイトシート７０を、ラミネートしている高分子シートである。
このラミネート材７３は、金属箔７１とグラファイトシート７０の積層体の内のグラファイトシート７０のほぼ全面にわたって閉じるようにがラミネートされている。
これにより、ラミネート材７３は金属−グラファイトシート複合体６０の強度を保つことができるばかりでなく、ラミネート材７３はグラファイトシート７０から生じるいわゆる粉落ち（粉状体の落下）を防ぐことができるという大きなメリットがある。
【００３２】
しかもこのラミネート材７３は、グラファイトシート７０および金属箔７１に対する外部からの電気的な絶縁を確保することができる。このラミネート材７３は、グラファイトシート７０と金属箔７１をラミネートして囲んでいることから、不必要な部分での短絡を防止し、グラファイトシート７０および金属箔７１により伝えている熱が、図１に示す筐体１２内の熱に弱い他の部位、たとえば熱に弱い電子素子に対して逃げないようにするというメリットもある。
このラミネート材７３は、高分子シートであり、この高分子としてはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やポリ塩化ビニール、ポリイミド等や、シリコン等により作ることができるが、これに限るものではない。
【００３３】
上述したようにグラファイトシート７０とラミネート材７３と金属箔７１の積層体は、導電性を有する接着剤、たとえば導電性を有する両面テープを用いて接着している。これにより、グラファイトシート７０と金属箔７１の間の熱的および電気的な抵抗を小さく抑えて、グラファイトシート７０と金属箔７１とは良好な状態で熱的にかつ機械的に接着することができる。
また、ラミネート材７３の厚さは１０μｍ〜１００μｍ程度であり、ラミネート材７３が薄いほど、ＣＰＵ５０から電磁波吸収体７５を介してグラファイトシート７０へ熱を伝達しやすいが、ｋＶオーダーレベルの静電対策が必要な場合は、ラミネート材７３としては５０μｍ〜１００μｍ程度の厚さの高分子シートが用いられる。
【００３４】
さらに、ラミネートされたグラファイトシート７０に対して突起８１が付けられた金属箔７１で挟み込むことにより、金属箔７１の突起８１がグラファイトシート７０まで食い込み、グラファイトシート７０と金属箔７１間の導通が容易に得られる。
この突起８１の形状は、図３のように先端が丸型や円錐、三角錐等の種々のものが採用できるが、特に尖っていることが望ましい。
【００３５】
図３と図４に示す熱的接続部７４について説明する。
この熱的接続部７４は、たとえば棒状体や図３と図４に示すネジ形状のものを採用することができる。熱的接続部７４は、たとえば熱伝導性を有する金属製のネジを採用することができ、たとえば銅やアルミニウム等により作られている。この熱的接続部７４は、金属箔７１とグラファイトシート７０およびグランド６１を熱的かつ機械的に接続している。
【００３６】
図５は、図４の熱的接続部７４の付近を拡大して示している。
熱的接続部７４は、金属製のネジであり、頭部７４Ａと雄ネジ部７４Ｂを有している。頭部７４Ａは、金属箔７１の外面に対して圧着される部分である。雄ネジ部７４Ｐは、金属箔７１の穴７１Ａ、ラミネートの穴７３Ａ、そしてグランド６１の穴６１Ａを通って、回路基板２００の雌ネジ部２００Ａにねじ込まれている。これによって、熱的接続部７４は、回路基板２００側に対して、金属箔７１、ラミネート７３およびグラファイトシート７０の積層体を機械的かつ熱的に確実に固定することができるのである。
このような構造を採用することで、熱的接続部７４が、露出している金属箔７１の上からグランド６１に対して熱的かつ機械的に接続することが容易に行える。
【００３７】
ＣＰＵ５０が作動すると熱が発生すると共に電磁波がノイズとして発生する。この電磁波ノイズは、ＣＰＵ５０から電磁波吸収体７５により吸収される。しかし電磁波吸収体７５でもし吸収されない電磁波ノイズがあると、グラファイトシート７０を通じて伝わり、グラファイトシート７０は、ノイズのアンテナとなる可能性がある。
しかし、グラファイトシート７０は金属箔７１と共にグランド６１に対して熱的接続部７４を用いて熱的かつ電気的に接続されている。このことから、仮にこの電磁波ノイズはグラファイトシート７０を仮に伝わったとしても、グランド６１側に確実にかつ容易に逃がすことができるというメリットがある。
【００３８】
上述したように発熱体であるＣＰＵ５０は、熱を発生すると共に電磁波ノイズの発生源となる場合がある。ヒートコンダクターであるグラファイトシート７０や図示しないヒートシンク等にＣＰＵ５０を接続した場合には、グラファイトシート７０等がノイズのアンテナとなる可能性がある。
そのために電磁波吸収体７５としては、放熱機能を持たせた電磁波吸収シートを用いており、この電磁波吸収体７５がＣＰＵ５０のノイズの発生を抑えつつしかもＣＰＵ５０からの熱をグラファイトシート７０側に確実に伝えることができる能力を有している。
【００３９】
ここで、電磁波吸収体７５について説明する。
電磁波吸収体７５は、電磁波吸収シート状のものである。この電磁波吸収体７５は、電気絶縁性の基材とこの基材に含まれている放熱性のフィラーとしての電磁波吸収材料を有している。
基材は、ゴムや樹脂等の有機の電気絶縁物でありたとえばシリコーンゴムである。
電磁波吸収体７５の電磁波吸収材料は、ＭｅＦｅ₂Ｏ₄（Ｍｅ＝ＮｉＺｎ，ＭｎＺｎ，ＮｉＺｎＣｕ，ＭｇＭｎ等）の組成を持つ公知のスピネル型フェライト材料であり、粒径が０．１〜１００μｍの内、平均粒径が異なる３種類程度のフィラーである。
電磁波吸収体７５は、基材であるシリコーンゴムを有する。シリコーンゴムの熱伝導率に比べ、フィライトの熱伝導率は１桁以上高いため、粒径が異なるフェライトを入れ、最適化することにより含有量を増やすことが出来、かつ熱伝導率も向上させることが可能となる。
【００４０】
電磁波吸収材料の粒径が０．１μｍよりも小さいと、シートを混錬する際に粘度が高くなりすぎ、シート性状が悪化する。また、吸収材料によっては透磁率が低下することがあるため好ましくない。
また電磁波吸収材料の粒径が１００μｍよりも大きいと、シートから粒子が落ちる（粉落ち）うえ、シート性状が悪化するため好ましくない。
【００４１】
また、フィラーとしての電磁波吸収材料は、たとえば純Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ合金（パーマロイ）、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金（センダスト）、Ｆｅ−Ｓｉ合金（ケイ素鋼）、Ｆｅ−Ａｌ合金（合金アルパーム）、Ｆｅ−Ｃｏ合金（パーメンジュール）および電磁ステンレス鋼から選んだ軟磁性金属のいずれか一種または複数の軟磁性金属から構成されるフレーク状粉末であって、粒径が０．０１〜１００μｍであり、アスペクト比（直径／厚み）が５〜１００である偏平粉末を、ゴム、樹脂等の有機絶縁物の基材中に体積充填率３０〜６５ｖｏｌ％含有し、配向分散させて厚みを０．０５〜３ｍｍの任意の厚みに調整した材料であっても良い。このフィラーはフェライト粉末よりも磁気損失μ’’が高いため、電磁波吸収特性が向上する。熱伝導率が高い金属系のフィラーは放熱にも寄与する。
【００４２】
電磁波吸収材のフィラーの粒径が０．０１μｍよりも小さいと、シートを混錬する際に粘度が高くなりすぎ、シート性状が悪化する。また、吸収材料によっては透磁率が低下することがあるため好ましくない。
電磁波吸収材のフィラーの粒径が１００μｍよりも大きいと、シートから粒子が落ちる（粉落ち）うえ、シート性状が悪化するため好ましくない。
【００４３】
電磁波吸収材のフィラーのアスペクト比が５よりも小さいと、吸収周波数が高くなりすぎるため、好ましくなく、アスペクト比が１００よりも大きいと、吸収周波数が低い領域に移るため、好ましくない。
【００４４】
偏平粉末の体積充填率が３０ｖｏｌ％よりも小さいと、吸収性能が低下するので好ましくなく、体積充填率が６５ｖｏｌ％よりも大きいと、シート混錬するのが困難になり、また粉落ちがあるので好ましくない。
【００４５】
また厚みが０．０５ｍｍよりも薄いと、シート形成が困難になり、かつハンドリングが難しくなる点で好ましくなく、厚みが３ｍｍよりも厚いと、機器側にスペースを確保するのが難しくなる点で好ましくない。
【００４６】
また、フィラーとしての電磁波吸収材料間の隙間を埋め、電磁波吸収体７５の熱伝導率を高めるために、粒径が０．０１〜５０μｍのアルミナや窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化アルミ、炭化ケイ素等の球状もしくは破砕形状のセラミックスや、表面が絶縁材でコーティングされた粒径が０．０１〜５μｍの銅やニッケルやアルミニウム等の金属球を用いても良い。
ここで粒径が０．０１μｍよりも小さいと、電磁波吸収シートにしめるセラミックスの含有量が少なく、熱伝導にほとんど寄与しなくなる点で好ましくなく、５０μｍよりも大きいと、シートが硬くなるため、本来は柔らかいために発熱体と密着性がよい放熱スペーサーとしての機能を果たせなくなってしまう点で好ましくない。
【００４７】
電磁波吸収体７５の厚さが厚いほど、電磁波吸収特性が向上するが、グラファイトシートと比べると熱伝導率が低いため、熱がこもりやすくなることから、好ましくは０．０５ｍｍ〜２ｍｍ程度の厚さとすることが好適である。
【００４８】
図３と図４に戻ると、グラファイトシート７０の炭素原子同士の結合面は、グラファイトシート７０の面にほぼ並行になっている。ラミネート材７３は、グラファイトシート７０の粉落ちを防ぐために袋とじの形でラミネートしている。このラミネート材７３は、不要な部分でのグラファイトシート７０の短絡を防ぐことができるというメリットもある。このグラファイトシート７０は、ヒートスプレッダとしての役割を果たす。
金属箔７１は、上述したように銅やアルミニウム等の一般的な導電性および熱伝導性を有する金属により作られているが、その厚みが目的や用途によって決められるものであり、典型的には３０〜１００μｍである。
【００４９】
次に、図３と図４に示す金属−グラファイトシート複合体６０の作用について説明する。
回路基板２００のＣＰＵ５０が動作すると、ＣＰＵ５０は熱と電磁波ノイズを発生する。ＣＰＵ５０の熱は、電磁波吸収体７５を介してグラファイトシート７０の中央部７０Ａに伝わる。グラファイトシート７０はこのＣＰＵ５０の熱を中央部７０ＡからＲ方向に沿って一端部７０Ｂ側に伝える。この熱は、金属箔７１に対して突起８１等を介して伝導されるとともに、熱的接続部７４を通じてグランド６１側に伝えられる。この伝わってくる熱は、グランド６１を通じてたとえば図１の筐体１２の中の金属部分やあるいは筐体１２の外部に放出されることになる。電磁波ノイズは電磁波吸収体７５に吸収される。もしも吸収されなかった電磁波ノイズがグラファイトシート７０に伝わったとしても、このノイズは金属箔７１と熱的接続部７４を通じてグランド６１に逃がすことができる。したがってノイズが他の回路に悪影響を与えることはない。
【００５０】
図７は、本発明の別の実施の形態を示している。
図７の金属−グラファイトシート複合体６０では、グラファイトシート７０の一方側の端部７０Ｂ側に対してのみ金属箔７１が設けられている。そしてこの金属箔７１とグラファイトシート７０は熱的接続部７４を用いて回路基板２００のグランド６１に熱的かつ電気的に接続されている。
【００５１】
グラファイトシート７０のもう１つの端部７０Ｂには、ヒートシンク３００が熱的に接続されている。このヒートシンク３００には、数個の熱交換用の突起３０１がマトリックス状に配列されている。このヒートシンク３００の突起３０１を設けることにより、ヒートシンク３００の放熱面積を大きくすることができ、たとえば図示しないファンモータのファンを回転することにより、風Ｗをヒートシンク３００の突起３０１に当てれば、ＣＰＵ５０が発生する熱をより確実に放熱することができる。
図７の実施の形態の金属−グラファイトシート複合体６０の他の部分は、図３に示す金属−グラファイトシート複合体６０の対応する部分と同じであるのでその説明を用いることにする。
【００５２】
図８は、本発明の金属−グラファイトシート複合体６０の別の実施の形態を示している。図８の実施の形態の金属−グラファイトシート複合体６０は、図３の金属−グラファイトシート複合体６０とほぼ同じであるが、放熱スペーサー３３０が追加されている点が異なる。この放熱スペーサー３３０は、電磁波吸収体７５に重ねるようにして配置している。
しかしこれに限らず電磁波吸収体７５を取り除いて放熱スペーサー３３０だけをＣＰＵ５０とグラファイトシート７０の中央部７０Ａの間に配置しても良い。この放熱スペーサー３３０は、たとえば粒径が異なる、粒径が０．０１〜５０μｍのアルミナや窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化アルミ、炭化ケイ素等の球状もしくは破砕形状のセラミックスや、表面が絶縁材でコーティングされた粒径が０．０１〜５μｍの銅やニッケルやアルミニウム等の金属球の内の１種類もしくは２種類以上の組み合わせとシリコーンゴムもしくはアクリル系統のゴムにより作られているが、この放熱スペーサー３３０が電磁波吸収体７５に重ねて配置することにより、電磁波吸収体からグラファイトシートに効率よく熱伝達を行うことが可能であるメリットがある。
また電磁波吸収体７５を取り除いて放熱スペーサー３３０を設けることにより電磁波吸収体の熱抵抗分をなくすメリットがある。
【００５３】
次に図９と図１０は、本発明のさらに別の実施の形態を示している。
図９に示すように、ＣＰＵ５０の上には、金属−グラファイトシート複合体６０が被せてある。この金属−グラファイトシート複合体６０の四隅位置にはそれぞれ金属箔７１が配置されている。すなわち金属−グラファイトシート複合体６０のグラファイトシート７０の四隅部分が、金属箔７１によりサンドイッチ状に挟まれた状態で、しかも熱的接続部７４によりグランド６１に対して熱的かつ機械的に固定されている。
【００５４】
ＣＰＵ５０は、金属−グラファイトシート複合体６０を完全に覆い被せているが、図１０に示すようにＣＰＵ５０は、電磁波吸収体７５により覆い被されている。この電磁波吸収体７５の上には、上述した金属−グラファイトシート複合体６０がさらに覆い被されている。金属−グラファイトシート複合体６０の四隅が、金属製のネジである熱的接続部７４により回路基板２００のグランド６１に対して熱的かつ機械的に固定されている。
電磁波吸収体７５はたとえばフェライトが添加された一例として１ｍｍの厚みのシートである。グラファイトシート７０は熱伝導性の粘着層を用い、かつラミネート材７３で絶縁されている。このグラファイトシート７０を含む金属−グラファイトシート複合体６０は、ＣＰＵ５０等による凹凸に対して追従性良く粘着できるために、金属−グラファイトシート複合体６０は四隅においても確実に固定することができる。仮にグラファイトシート７０の粘着層の接着力が弱くなったとしても、金属−グラファイトシート複合体６０の四隅がねじ止めされているためにこの金属−グラファイトシート複合体６０が回路基板２００の表面から外れてしまうことはない。
【００５５】
本発明の金属−グラファイトシート複合体６０では、グラファイトシート７０と金属箔７１とが良好な接着性をもって接着されており、そしてこのような金属箔７１が設けられていることから、発熱素子であるＣＰＵ５０のアースをとることができると同時に、ＣＰＵ５０の発生する熱を放出することができる。
【００５６】
なお、熱的接続部７４と金属箔７１は両方とも金属なので容易にはんだ付け等で電気的に確実に接合することができる。
金属箔７１に対して突起８１を設けることにより、この突起がグラファイトシート７０に対して食い込むようにして電気的、機械的および熱的に接続することができる。
【００５７】
ところで、本発明の金属−グラファイトシート複合体を有する電子機器は、図示した携帯情報端末（ＰＤＡ）に限らず、他の種類の情報関連機器であるたとえば、携帯電話機や携帯型コンピュータあるいはその他の種類の電子機器をも含むものである。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、グラファイトシートの特性である良好な導電性と熱伝導性を基本にして、電気を伝えながら放熱することが確実かつ容易に行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属−グラファイトシート複合体を有する電子機器の一例を示す斜視図。
【図２】図１の電子機器を拡大して示す斜視図。
【図３】電子機器の回路基板に搭載されている金属−グラファイトシート複合体を示す斜視図。
【図４】図３の金属−グラファイトシート複合体の断面を有する側面図。
【図５】図４の金属−グラファイトシート複合体の一部を拡大して示す図。
【図６】グラファイトシートの層構造の例を示す図。
【図７】本発明の金属−グラファイトシート複合体の別の実施の形態を示す図。
【図８】本発明の金属−グラファイトシート複合体のさらに別の実施の形態を示す図。
【図９】本発明の金属−グラファイトシート複合体のさらに別の実施の形態を示す図。
【図１０】図９の実施の形態における断面構造例を示す図。
【符号の説明】
１０・・・電子機器、５０・・・ＣＰＵ（発熱体あるいは発熱素子の一例）、６０・・・金属−グラファイトシート複合体、６１・・・グランド（熱放出対象部分）、６２・・・放熱装置、７０・・・グラファイトシート、７１・・・金属箔、７３・・・ラミネート材、７４・・・熱的接続部、７５・・・電磁波吸収体、２００・・・回路基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a metal-graphite sheet composite for electrically connecting to a heat generator and conducting heat generated by the heat generator and an electronic apparatus having the metal-graphite sheet composite.
[0002]
[Prior art]
Usually, a metal material such as copper or aluminum is used as the thermally conductive material. These materials have a sufficient function in normal use and are widely used.
However, metal materials are hard and flexible, and large heat generation is unavoidable, and heat dissipation cannot be achieved by current supply lead wires. Therefore, a heat dissipation mechanism is incorporated separately from the current supply mechanism. There is a need. For this reason, it is a great hindrance in the production and use of electronic devices.
Specifically, for example, a surface close to the active layer of a semiconductor laser chip is bonded to a small piece of crystalline material having relatively good thermal conductivity such as silicon, beryllium oxide, silicon carbide, or diamond (this structure is a so-called submount). It is called to improve heat dissipation.
[0003]
Further, when a high output operation is required in the semiconductor laser chip, the active layer side of the semiconductor laser chip is actually pasted on the cooling side of the Peltier element for efficient cooling.
Carbonaceous materials are used as various structural materials as lightweight heat-resistant materials or as high-strength materials. Among such carbon materials, graphite in which carbon atoms are bonded in the form of a hexagonal network is going to be widely used as a heat dissipation / electric heating material utilizing its high thermal conductivity.
[0004]
In particular, sheet-like graphite can be easily produced in large areas, has extremely high thermal conductivity, and is highly flexible, so a heat conductor or heat spreader is required as a material for heat transfer. It is used where.
Since this graphite sheet has a relatively high electrical conductivity, it can also serve as an electromagnetic noise shielding material. However, for example, when a graphite sheet is attached to this chip or a heat sink is directly connected to this chip for heat radiation from an LSI (Large Scale Integrated Circuit) chip that also becomes an electromagnetic noise source, the graphite sheet is a heat transfer material. Not only can it be a noise propagation material.
[0005]
In addition, electromagnetic wave noise can be absorbed by sticking an electromagnetic wave absorbing material to a heating element. However, the thermal conductivity of the electromagnetic wave absorbing material contains thermally conductive ceramics such as alumina and silicon carbide, and fillers such as ceramics. Since it is lower than the silicone rubber-based heat dissipation spacer, heat is trapped in the heating element and the electromagnetic wave absorbing material.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
When a material such as a metal foil having a high electrical conductivity is used as the shield material, it is necessary to connect the shield to the ground (GND) by a method such as soldering or screwing.
On the other hand, the graphite sheet has flexibility and large thermal conductivity and electrical conductivity, but its surface is very poor in reactivity. Operation is difficult. Even if the graphite sheet is directly screwed, the graphite sheet itself is weak, so the graphite sheet is easily damaged.
The above points have been a major issue in actually using the advantages of the graphite sheet having excellent heat conduction and conductivity.
[0007]
So far, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-330177 has described a structure in which a metal thin film is laminated on a graphite sheet. However, since the metal thin film is directly deposited on the graphite sheet by vacuum deposition, sputter deposition, or plating, it is a very thin film and has low strength for screwing or the like.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-267647 proposes a graphite clad structure material in which a hole is made in a graphite sheet and a single support member is fixedly laminated by laser processing. However, although this method can increase the strength of the graphite sheet, there is a problem that it takes time and effort in the process.
Therefore, the present invention solves the above problems, and based on the good conductivity and thermal conductivity, which are the characteristics of a graphite sheet, a metal-graphite sheet composite that can reliably and easily dissipate heat while transmitting electricity. It aims to provide body and electronic equipment.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention of claim 1 is a metal-graphite sheet composite for thermally connecting to a heating element to dissipate the heat generated by the heating element, and the graphite thermally connected to the heating element A heat-dissipating filler that is disposed on the heating element and absorbs electromagnetic waves generated by the heating element and is thermally connected to the graphite sheet; The metal foil is heated against an electromagnetic wave absorber having a metal foil disposed on a part of the graphite sheet, and a heat release target part for releasing heat of the heating element conducted through the graphite sheet. A metal-graphite sheet composite comprising: a thermal connection portion for connection to the surface.
[0009]
In claim 1, the graphite sheet is thermally connected to the heating element.
The electromagnetic wave absorber is disposed on the heating element, absorbs electromagnetic waves generated by the heating element, and is thermally connected to the graphite sheet. This electromagnetic wave absorber has a heat dissipating filler for transferring heat of the heating element.
The metal foil is disposed on a part of the graphite sheet.
The thermal connection portion is for thermally connecting the metal foil to a heat release target portion for releasing the heat of the heating element conducted through the graphite sheet.
Thereby, the heat generated by the heating element is transmitted to the thermal connection portion through the electromagnetic wave absorber, the graphite sheet, and the metal foil. The thermal connection portion can release the transmitted heat to the heat release target portion. Therefore, the heat of the heating element can be transmitted to the graphite sheet without being trapped in the heating element and the electromagnetic wave absorber.
Therefore, the heat generated by the heating element can be transferred to the metal foil by utilizing the good thermal conductivity that is a characteristic of the graphite sheet and the function of transferring the heat of the electromagnetic wave absorber, and the heating element transferred to the metal foil. This heat can be reliably and easily released to the heat release target portion through the thermal connection portion.
Since the electromagnetic wave absorber can absorb the electromagnetic wave generated by the heating element, the electromagnetic wave does not travel through the graphite sheet and affects other parts such as electronic elements.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the metal-graphite sheet composite according to the first aspect, the electromagnetic wave absorber covers the heating element.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in the metal-graphite sheet composite according to the first aspect, a heat dissipation spacer is further disposed between the heating element and the graphite sheet.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, in the metal-graphite sheet composite according to the first aspect, the thermal connection portion is a metallic screw, the heat release target portion is a conductor portion of a circuit board, and the screw Fixes a part of the metal foil and the graphite sheet to the conductor portion side.
[0013]
In claim 4, since the metal screw as the thermal connection part fixes a part of the metal foil and the graphite sheet to the conductor part of the circuit board, the electromagnetic wave generated by the heating element is temporarily generated in the graphite sheet. Even if transmitted, the electromagnetic wave can be surely released to the conductor portion side of the circuit board through the metal screw.
[0014]
The invention of claim 5 is an electronic device having a metal-graphite sheet composite that is thermally connected to a heating element to dissipate heat generated by the heating element. The graphite sheet to be connected, and the heat dissipated to transmit the heat of the heating element, which is disposed on the heating element and is thermally connected to the graphite sheet by absorbing electromagnetic waves generated by the heating element. An electromagnetic wave absorber having a conductive filler, a metal foil disposed in a part of the graphite sheet, and a heat release target part for releasing heat of the heating element conducted through the graphite sheet, An electronic device comprising: a thermal connection portion that thermally connects metal foils.
[0015]
In claim 5, the graphite sheet is thermally connected to the heating element.
The electromagnetic wave absorber is disposed on the heating element, absorbs electromagnetic waves generated by the heating element, and is thermally connected to the graphite sheet. This electromagnetic wave absorber has a heat dissipating filler for transferring heat of the heating element.
The metal foil is disposed on a part of the graphite sheet.
The thermal connection portion is for thermally connecting the metal foil to a heat release target portion for releasing the heat of the heating element conducted through the graphite sheet.
Thereby, the heat generated by the heating element is transmitted to the thermal connection portion through the electromagnetic wave absorber, the graphite sheet, and the metal foil. The thermal connection portion can release the transmitted heat to the heat release target portion. Therefore, the heat of the heating element can be transmitted to the graphite sheet without being trapped in the heating element and the electromagnetic wave absorber.
Therefore, the heat generated by the heating element can be transferred to the metal foil by utilizing the good thermal conductivity that is a characteristic of the graphite sheet and the function of transferring the heat of the electromagnetic wave absorber, and the heating element transferred to the metal foil. This heat can be reliably and easily released to the heat release target portion through the thermal connection portion.
Since the electromagnetic wave absorber can absorb the electromagnetic wave generated by the heating element, the electromagnetic wave does not travel through the graphite sheet and affects other parts such as electronic elements.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, in the electronic device according to the fifth aspect, the electromagnetic wave absorber covers the heating element.
[0017]
According to a seventh aspect of the present invention, in the electronic device according to the fifth aspect, a heat radiating spacer is further disposed between the heating element and the graphite sheet.
[0018]
According to an eighth aspect of the present invention, in the electronic device according to the fifth aspect, the thermal connection portion is a metal screw, the heat release target portion is a conductor portion of a circuit board, and the screw is the metal foil. A part of the graphite sheet is fixed to the conductor portion side.
[0019]
According to the eighth aspect of the present invention, since the metal screw as the thermal connection portion fixes a part of the metal foil and the graphite sheet to the conductor portion of the circuit board, the electromagnetic wave generated by the heating element is temporarily generated on the graphite sheet. Even if transmitted, the electromagnetic wave can be surely released to the conductor portion side of the circuit board through the metal screw.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
Note that the embodiments described below are preferred specific examples of the present invention, and thus various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is particularly limited in the following description. Unless otherwise stated, the present invention is not limited to these forms.
[0021]
FIG. 1 shows a preferred embodiment of an electronic apparatus having the metal-graphite sheet composite of the present invention.
An electronic device 10 shown in FIG. 1 is a so-called personal digital assistant (PDA) as an example. The electronic device 10 includes a housing 12 and a display device 14.
FIG. 2 shows the electronic device 10 of FIG. 1 in more detail.
The electronic device 10 in FIG. 1 includes a housing 12, a display device 14, an input device 20, a power key 22, an audio volume adjusting unit 24, a jack 27 for connecting an external earphone, and other functions. Keys 26 and 28 are provided.
[0022]
The input device 20 in FIG. 1 is for giving coordinate data of the pointer P by operating with a part of an operator (user), for example, a finger F of a hand H. The index finger is used as the finger F in the example of FIG. 1, but the finger F is not limited to this and may be another finger. In FIG. 2, an example of the information 40 displayed on the display screen 30 of FIG. 1 is displayed. As shown in FIGS. 1 and 2, a pointer P is displayed on the display screen 30. This pointer P is an arrow-shaped pointer.
[0023]
As shown in FIG. 2, on the display screen 30 of the display device 14, in addition to the pointer P, information 40, keys 44, 46, and 48 for performing various functions are displayed. The key 42 is a key for displaying the keyboard on the display screen 30. The key 44 is a key used for information retrieval. The key 46 is a key for displaying a menu on the display screen 30. The key 48 is a key that can switch the display between English display and Japanese display, for example. These keys 42, 44, 46 and 48 can be operated by touching with the finger F.
[0024]
2 has a first portion 12A and a second portion 12B. The first portion 12A is also called an upper housing portion, and the second portion 12B is also called a lower housing portion. The first part 12A and the second part 12B are overlapped to form a space therein. In this space, a display device 14, a circuit board, and the like are accommodated.
The casing 12 is made of, for example, plastics such as ABS (acrylonitrile butadiene styrene), PC (polycarbonate), PC + ABS (polycarbonate + acrylonitrile butadiene styrene), PBT (polybutylene terephthalate), PPS (polyphenylene sulfide), and modified PPE (polyphenylene ether). ) Etc. are made.
As shown in FIG. 1, a circuit board 200 is accommodated in the housing 12. The circuit board 200 is mounted with, for example, a display device driving circuit for driving the display device 14 and a circuit for achieving the function of the input device 20.
[0025]
FIG. 3 shows a part of the circuit board 200 shown in FIG. 1, and a CPU (central processing unit) 50 for controlling the driving of the display device 14 is mounted on the circuit board 200 as an example of a heating element. Has been. Heat generated during the operation of the CPU 50 can be released to the outside by the metal-graphite sheet composite 60.
A ground (GND) 61 is formed on the circuit board 200. The ground 61 is a conductor portion (conductor pattern) formed on the circuit board 200. The ground 61 and the metal-graphite sheet composite 60 constitute a heat dissipation device (also referred to as a cooling device) 62.
[0026]
The metal-graphite sheet composite 60 will be described with reference to FIGS.
The metal-graphite sheet composite 60 includes a graphite sheet 70, a metal foil 71, a laminate material 73, a thermal connection portion 74, and an electromagnetic wave absorber 75.
The graphite sheet 70 has a layered structure of carbon as shown in FIG. 6, and the thermal conductivity in the plane of the sheet is, for example, 400 to 1000 W / mK, which is higher than that of a metal such as copper or aluminum, and has a density. 1g / cm ^Three It is a light material. At the same time, it is a material with high electrical conductivity. By using this graphite sheet 70 as a heat conductor, it is possible to efficiently transfer heat.
This graphite sheet 70 has a configuration that can dissipate heat mainly in the direction of the bonding surface between carbon atoms, that is, in the in-plane direction shown in FIG. This graphite sheet 70 is easy to transfer heat along the direction of arrow R in FIG.
[0027]
As shown in FIG. 4, the central portion 70 A of the graphite sheet 70 is thermally connected via an electromagnetic wave absorber 75 to a surface 50 A of the CPU 50 which is also referred to as a heating element or a heating element. The electromagnetic wave absorber 75 has a heat dissipating filler for efficiently transmitting heat generated when the CPU 50 is operated to the graphite sheet 70 side. Moreover, the electromagnetic wave absorber 75 absorbs electromagnetic waves generated by the CPU 50 and is thermally connected to the central portion 70A of the graphite sheet 70.
[0028]
Both end portions 70 B of the graphite sheet 70 are located on the ground 61 side of the circuit board 200.
The ground 61 corresponds to a heat release target portion. Through the ground 61, the heat generated by the CPU 50 can be released to the housing 12 of the electronic apparatus 10 shown in FIG. The graphite sheet 70 has good electrical conductivity and thermal conductivity.
[0029]
The metal foil 71 shown in FIGS. 3 and 4 can use a metal having good electrical conductivity and thermal conductivity, for example, a general metal such as copper or aluminum. By using such a general metal as the metal foil 71, an operation such as soldering can be performed.
The metal foil 71 is disposed so as to be wrapped in two end portions 70B of the graphite sheet 70 in a sandwich shape.
[0030]
The metal foil 71 preferably has a plurality of protrusions 81 on the inner side. The protrusions 81 are arranged in a matrix, for example, along the X direction in FIG. 4 and the Y direction perpendicular to the X direction and perpendicular to the paper surface. For example, the cross-sectional shape of the protrusion 81 in FIG. 4 is substantially rectangular or square.
By forming such a plurality of protrusions 81 on the metal foil 71, when the metal foil 71 is bonded to the graphite sheet 70, the bonding area from the metal foil 71 to the graphite sheet 70 and the area for conducting heat As compared with the case where there is no projection 81, it can be greatly enlarged. Thereby, the thermal conductivity of the metal foil 71 and the graphite sheet 70 can be improved.
As described above, the metal foil 71 is disposed on at least a part of the graphite sheet 70. However, the metal foil 71 is not limited to the end portion 70B of the graphite sheet 70 and may be provided on a wider portion. .
[0031]
The laminate material 73 is a polymer sheet obtained by laminating the graphite sheet 70.
The laminating material 73 is laminated so as to close over almost the entire surface of the graphite sheet 70 in the laminate of the metal foil 71 and the graphite sheet 70.
Thereby, the laminate material 73 can not only maintain the strength of the metal-graphite sheet composite 60, but also the laminate material 73 can prevent so-called powder fall (drop of powdery body) generated from the graphite sheet 70. There is a big merit.
[0032]
In addition, the laminate material 73 can ensure electrical insulation from the outside with respect to the graphite sheet 70 and the metal foil 71. Since the laminate 73 surrounds the graphite sheet 70 and the metal foil 71 by laminating, a short circuit at an unnecessary portion is prevented, and the heat transferred by the graphite sheet 70 and the metal foil 71 is shown in FIG. There is also a merit of preventing escape from other heat-sensitive parts in the housing 12 shown in FIG.
The laminate material 73 is a polymer sheet, and the polymer can be made of PET (polyethylene terephthalate), polyvinyl chloride, polyimide, silicon, or the like, but is not limited thereto.
[0033]
As described above, the laminate of the graphite sheet 70, the laminate 73, and the metal foil 71 is bonded using a conductive adhesive, for example, a double-sided tape having conductivity. Thereby, the thermal and electrical resistance between the graphite sheet 70 and the metal foil 71 can be kept small, and the graphite sheet 70 and the metal foil 71 can be thermally and mechanically bonded in a good state. .
The thickness of the laminate 73 is about 10 μm to 100 μm. The thinner the laminate 73 is, the easier it is to transfer heat from the CPU 50 to the graphite sheet 70 via the electromagnetic wave absorber 75, but the electrostatic countermeasure of kV order level. Is required, a polymer sheet having a thickness of about 50 μm to 100 μm is used as the laminating material 73.
[0034]
Further, by sandwiching the laminated graphite sheet 70 with the metal foil 71 provided with the protrusion 81, the protrusion 81 of the metal foil 71 bites into the graphite sheet 70, and conduction between the graphite sheet 70 and the metal foil 71 is easy. Is obtained.
As for the shape of the projection 81, various tips such as a round shape, a cone, and a triangular pyramid can be adopted as shown in FIG.
[0035]
The thermal connection portion 74 shown in FIGS. 3 and 4 will be described.
As this thermal connection portion 74, for example, a rod-shaped body or a screw-shaped member shown in FIGS. 3 and 4 can be adopted. The thermal connection portion 74 can employ, for example, a metal screw having thermal conductivity, and is made of, for example, copper or aluminum. The thermal connection portion 74 thermally and mechanically connects the metal foil 71, the graphite sheet 70, and the ground 61.
[0036]
FIG. 5 shows an enlarged view of the vicinity of the thermal connection portion 74 of FIG.
The thermal connection portion 74 is a metal screw and has a head portion 74A and a male screw portion 74B. The head portion 74 A is a portion that is crimped to the outer surface of the metal foil 71. The male screw portion 74P is screwed into the female screw portion 200A of the circuit board 200 through the hole 71A of the metal foil 71, the laminate hole 73A, and the hole 61A of the ground 61. As a result, the thermal connecting portion 74 can mechanically and thermally reliably fix the laminated body of the metal foil 71, the laminate 73, and the graphite sheet 70 to the circuit board 200 side.
By adopting such a structure, the thermal connecting portion 74 can be easily and thermally connected to the ground 61 from above the exposed metal foil 71.
[0037]
When the CPU 50 operates, heat is generated and electromagnetic waves are generated as noise. This electromagnetic noise is absorbed by the electromagnetic wave absorber 75 from the CPU 50. However, if electromagnetic wave noise that is not absorbed by the electromagnetic wave absorber 75 is transmitted through the graphite sheet 70, the graphite sheet 70 may become an antenna for noise.
However, the graphite sheet 70 is thermally and electrically connected to the ground 61 together with the metal foil 71 using the thermal connection portion 74. Therefore, even if this electromagnetic wave noise is transmitted through the graphite sheet 70, there is an advantage that it can be surely and easily released to the ground 61 side.
[0038]
As described above, the CPU 50, which is a heating element, may generate heat and be a source of electromagnetic noise. When the CPU 50 is connected to a graphite sheet 70 which is a heat conductor, a heat sink (not shown) or the like, the graphite sheet 70 or the like may become a noise antenna.
For this reason, an electromagnetic wave absorbing sheet having a heat dissipation function is used as the electromagnetic wave absorbing body 75, and the electromagnetic wave absorbing body 75 suppresses the generation of noise of the CPU 50 and reliably heat from the CPU 50 to the graphite sheet 70 side. Has the ability to communicate.
[0039]
Here, the electromagnetic wave absorber 75 will be described.
The electromagnetic wave absorber 75 is in the form of an electromagnetic wave absorbing sheet. The electromagnetic wave absorber 75 includes an electrically insulating base material and an electromagnetic wave absorbing material as a heat dissipating filler contained in the base material.
The base material is an organic electrical insulator such as rubber or resin, for example, silicone rubber.
The electromagnetic wave absorbing material of the electromagnetic wave absorber 75 is MeFe. ₂ O _Four It is a known spinel type ferrite material having a composition (Me = NiZn, MnZn, NiZnCu, MgMn, etc.), and it is about three kinds of fillers having a particle diameter of 0.1 to 100 μm and different in average particle diameter.
The electromagnetic wave absorber 75 has a silicone rubber as a base material. Compared to the thermal conductivity of silicone rubber, the thermal conductivity of philite is more than an order of magnitude higher, so it is possible to increase the content and improve the thermal conductivity by adding and optimizing ferrites with different particle sizes. Is possible.
[0040]
If the particle size of the electromagnetic wave absorbing material is smaller than 0.1 μm, the viscosity becomes too high when the sheet is kneaded, and the sheet properties deteriorate. Further, depending on the absorbing material, the magnetic permeability may decrease, which is not preferable.
On the other hand, when the particle size of the electromagnetic wave absorbing material is larger than 100 μm, the particles fall from the sheet (powder falling) and the sheet properties deteriorate, which is not preferable.
[0041]
Further, the electromagnetic wave absorbing material as a filler is, for example, pure Fe, Ni—Fe alloy (permalloy), Fe—Al—Si alloy (Sendust), Fe—Si alloy (silicon steel), Fe—Al alloy (alloy alpalm), A flaky powder composed of one or a plurality of soft magnetic metals selected from an Fe-Co alloy (permendur) and electromagnetic stainless steel, and having a particle size of 0.01 to 100 μm Further, a flat powder having an aspect ratio (diameter / thickness) of 5 to 100 is contained in an organic insulating base material such as rubber or resin in a volume filling ratio of 30 to 65 vol%, and the thickness is 0.05 by orientation dispersion. A material adjusted to an arbitrary thickness of ˜3 mm may be used. Since this filler has a magnetic loss μ ″ higher than that of the ferrite powder, the electromagnetic wave absorption characteristics are improved. Metal fillers with high thermal conductivity also contribute to heat dissipation.
[0042]
When the particle size of the filler of the electromagnetic wave absorbing material is smaller than 0.01 μm, the viscosity becomes too high when the sheet is kneaded, and the sheet properties are deteriorated. Further, depending on the absorbing material, the magnetic permeability may decrease, which is not preferable.
If the particle size of the filler of the electromagnetic wave absorbing material is larger than 100 μm, the particles fall from the sheet (powder falling) and the sheet properties deteriorate, which is not preferable.
[0043]
When the aspect ratio of the filler of the electromagnetic wave absorbing material is smaller than 5, the absorption frequency is too high, which is not preferable. When the aspect ratio is higher than 100, the absorption frequency is shifted to a low region, which is not preferable.
[0044]
If the volume filling rate of the flat powder is smaller than 30 vol%, the absorption performance is lowered, which is not preferable. If the volume filling rate is larger than 65 vol%, it becomes difficult to knead the sheet and there is powder falling. It is not preferable.
[0045]
Further, if the thickness is less than 0.05 mm, it is not preferable in that sheet formation becomes difficult and handling becomes difficult, and if the thickness is more than 3 mm, it is preferable in that it is difficult to secure a space on the device side. Absent.
[0046]
Also, alumina, boron nitride, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, etc. having a particle size of 0.01 to 50 μm are used to fill gaps between the electromagnetic wave absorbing materials as fillers and increase the thermal conductivity of the electromagnetic wave absorber 75. Spherical or crushed ceramics, or metal spheres such as copper, nickel, and aluminum whose surface is coated with an insulating material and having a particle size of 0.01 to 5 μm may be used.
Here, if the particle size is smaller than 0.01 μm, the content of ceramics that makes the electromagnetic wave absorbing sheet is small, which is not preferable in that it hardly contributes to heat conduction, and if it is larger than 50 μm, the sheet becomes hard. Since it is soft, it is not preferable in that it cannot function as a heat dissipation spacer having good adhesion to the heating element.
[0047]
As the thickness of the electromagnetic wave absorber 75 is increased, the electromagnetic wave absorption characteristics are improved. However, since the heat conductivity is lower than that of the graphite sheet, heat is likely to be trapped, so that the thickness is preferably about 0.05 mm to 2 mm. It is preferable to do.
[0048]
Returning to FIGS. 3 and 4, the bonding surface between the carbon atoms of the graphite sheet 70 is substantially parallel to the surface of the graphite sheet 70. The laminating material 73 is laminated in the form of a bag to prevent the graphite sheet 70 from falling off. The laminating material 73 also has an advantage that it is possible to prevent a short circuit of the graphite sheet 70 at an unnecessary portion. The graphite sheet 70 serves as a heat spreader.
The metal foil 71 is made of a metal having general conductivity and thermal conductivity such as copper and aluminum as described above, but its thickness is determined by the purpose and application, and typically 30-100 μm.
[0049]
Next, the operation of the metal-graphite sheet composite 60 shown in FIGS. 3 and 4 will be described.
When the CPU 50 of the circuit board 200 operates, the CPU 50 generates heat and electromagnetic noise. The heat of the CPU 50 is transmitted to the central portion 70 A of the graphite sheet 70 through the electromagnetic wave absorber 75. The graphite sheet 70 transfers the heat of the CPU 50 from the central portion 70A to the one end portion 70B side along the R direction. This heat is conducted to the metal foil 71 through the protrusions 81 and the like, and is transmitted to the ground 61 side through the thermal connection portion 74. The transmitted heat is released through the ground 61 to, for example, a metal part in the housing 12 of FIG. 1 or the outside of the housing 12. The electromagnetic wave noise is absorbed by the electromagnetic wave absorber 75. Even if the electromagnetic wave noise that has not been absorbed is transmitted to the graphite sheet 70, this noise can escape to the ground 61 through the metal foil 71 and the thermal connection portion 74. Therefore, noise does not adversely affect other circuits.
[0050]
FIG. 7 shows another embodiment of the present invention.
In the metal-graphite sheet composite 60 of FIG. 7, the metal foil 71 is provided only on the one end 70 B side of the graphite sheet 70. The metal foil 71 and the graphite sheet 70 are thermally and electrically connected to the ground 61 of the circuit board 200 using the thermal connection portion 74.
[0051]
The heat sink 300 is thermally connected to the other end 70 B of the graphite sheet 70. Several heat exchange protrusions 301 are arranged in a matrix on the heat sink 300. By providing the protrusion 301 of the heat sink 300, the heat radiation area of the heat sink 300 can be increased. For example, if the fan W of a fan motor (not shown) is rotated to apply the wind W to the protrusion 301 of the heat sink 300, the CPU 50 The generated heat can be radiated more reliably.
Since the other part of the metal-graphite sheet composite 60 of the embodiment of FIG. 7 is the same as the corresponding part of the metal-graphite sheet composite 60 shown in FIG. 3, the description thereof will be used.
[0052]
FIG. 8 shows another embodiment of the metal-graphite sheet composite 60 of the present invention. The metal-graphite sheet composite 60 of the embodiment of FIG. 8 is substantially the same as the metal-graphite sheet composite 60 of FIG. 3 except that a heat dissipation spacer 330 is added. The heat dissipation spacer 330 is disposed so as to overlap the electromagnetic wave absorber 75.
However, the present invention is not limited thereto, and the electromagnetic wave absorber 75 may be removed and only the heat dissipation spacer 330 may be disposed between the CPU 50 and the central portion 70A of the graphite sheet 70. The heat dissipation spacer 330 is made of, for example, a spherical or crushed ceramic such as alumina, boron nitride, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide or the like having a different particle diameter and coated with an insulating material. The heat dissipation spacer 330 is made of one or a combination of two or more kinds of metal balls such as copper, nickel and aluminum having a particle diameter of 0.01 to 5 μm and silicone rubber or acrylic rubber. Is placed on the electromagnetic wave absorber 75 so that heat transfer from the electromagnetic wave absorber to the graphite sheet can be efficiently performed.
Further, there is an advantage of eliminating the heat resistance component of the electromagnetic wave absorber by removing the electromagnetic wave absorber 75 and providing the heat dissipation spacer 330.
[0053]
Next, FIG. 9 and FIG. 10 show still another embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 9, a metal-graphite sheet composite 60 is covered on the CPU 50. Metal foils 71 are disposed at the four corner positions of the metal-graphite sheet composite 60, respectively. That is, the four corners of the graphite sheet 70 of the metal-graphite sheet composite 60 are sandwiched by the metal foil 71 in a sandwich manner, and are thermally and mechanically fixed to the ground 61 by the thermal connection portion 74. ing.
[0054]
The CPU 50 completely covers the metal-graphite sheet composite 60, but the CPU 50 is covered with an electromagnetic wave absorber 75 as shown in FIG. On the electromagnetic wave absorber 75, the above-described metal-graphite sheet composite 60 is further covered. The four corners of the metal-graphite sheet composite 60 are thermally and mechanically fixed to the ground 61 of the circuit board 200 by thermal connection portions 74 that are metal screws.
The electromagnetic wave absorber 75 is a sheet having a thickness of 1 mm as an example to which ferrite is added, for example. The graphite sheet 70 uses a heat conductive adhesive layer and is insulated by a laminate 73. Since the metal-graphite sheet composite 60 including the graphite sheet 70 can adhere to unevenness by the CPU 50 or the like with good followability, the metal-graphite sheet composite 60 can be reliably fixed at the four corners. Even if the adhesive force of the adhesive layer of the graphite sheet 70 is weakened, the metal-graphite sheet composite 60 is detached from the surface of the circuit board 200 because the four corners of the metal-graphite sheet composite 60 are screwed. There is no end to it.
[0055]
In the metal-graphite sheet composite 60 of the present invention, the graphite sheet 70 and the metal foil 71 are bonded with good adhesiveness, and since such a metal foil 71 is provided, it is a heating element. At the same time that the CPU 50 can be grounded, the heat generated by the CPU 50 can be released.
[0056]
Since both the thermal connecting portion 74 and the metal foil 71 are metal, they can be easily and reliably joined by soldering or the like.
By providing the protrusion 81 with respect to the metal foil 71, the protrusion can bite into the graphite sheet 70 to be electrically, mechanically and thermally connected.
[0057]
By the way, the electronic device having the metal-graphite sheet composite of the present invention is not limited to the illustrated portable information terminal (PDA), but is other types of information-related devices such as a mobile phone, a portable computer, or other types. This includes the electronic equipment.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to reliably and easily dissipate heat while transmitting electricity on the basis of good conductivity and thermal conductivity, which are characteristics of a graphite sheet.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an electronic apparatus having a metal-graphite sheet composite of the present invention.
2 is an enlarged perspective view showing the electronic apparatus of FIG. 1;
FIG. 3 is a perspective view showing a metal-graphite sheet composite mounted on a circuit board of an electronic device.
4 is a side view having a cross section of the metal-graphite sheet composite of FIG. 3; FIG.
5 is an enlarged view showing a part of the metal-graphite sheet composite of FIG.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a layer structure of a graphite sheet.
FIG. 7 is a view showing another embodiment of the metal-graphite sheet composite of the present invention.
FIG. 8 is a view showing still another embodiment of the metal-graphite sheet composite of the present invention.
FIG. 9 is a view showing still another embodiment of the metal-graphite sheet composite of the present invention.
10 is a diagram showing an example of a cross-sectional structure in the embodiment of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electronic device, 50 ... CPU (an example of a heating element or a heating element), 60 ... Metal-graphite sheet composite, 61 ... Ground (heat release target portion), 62 ... Heat dissipation 70 ... graphite sheet, 71 ... metal foil, 73 ... laminate material, 74 ... thermal connection part, 75 ... electromagnetic wave absorber, 200 ... circuit board

Claims

発熱体に熱的に接続して前記発熱体の発生する熱を放熱するための金属−グラファイトシート複合体であり、
前記発熱体に対して熱的に接続されるグラファイトシートと、
前記発熱体に配置されて前記発熱体の発生する電磁波を吸収して前記グラファイトシートに対して熱的に接続されており、前記発熱体の熱を伝達するための放熱性のフィラーを有する電磁波吸収体と、
前記グラファイトシートの一部分に配置される金属箔と、
前記グラファイトシートを通じて伝導されてくる前記発熱体の熱を放出するための熱放出対象部分に対して、前記金属箔を熱的に接続する熱的接続部と、
を備えることを特徴とする金属−グラファイトシート複合体。A metal-graphite sheet composite for thermally connecting to a heating element to dissipate heat generated by the heating element;
A graphite sheet thermally connected to the heating element;
An electromagnetic wave absorber disposed on the heating element and absorbing electromagnetic waves generated by the heating element and thermally connected to the graphite sheet, and having a heat dissipating filler for transferring heat of the heating element Body,
A metal foil disposed on a portion of the graphite sheet;
A thermal connection part for thermally connecting the metal foil to a heat release target part for releasing heat of the heating element conducted through the graphite sheet;
A metal-graphite sheet composite comprising:

前記電磁波吸収体は、前記発熱体を覆っている請求項１に記載の金属−グラファイトシート複合体。The metal-graphite sheet composite according to claim 1, wherein the electromagnetic wave absorber covers the heating element.

前記発熱体と前記グラファイトシートの間には、さらに放熱スペーサーが配置されている請求項１に記載の金属−グラファイトシート複合体。The metal-graphite sheet composite according to claim 1, wherein a heat dissipation spacer is further disposed between the heating element and the graphite sheet.

前記熱的接続部は金属性のネジであり、前記熱放出対象部分は回路基板の導体部分であり、前記ネジが前記金属箔と前記グラファイトシートの一部分を前記導体部分側に固定している請求項１に記載の金属−グラファイトシート複合体。The thermal connection part is a metallic screw, the heat release target part is a conductor part of a circuit board, and the screw fixes the metal foil and a part of the graphite sheet to the conductor part side. Item 4. The metal-graphite sheet composite according to Item 1.

発熱体に熱的に接続して前記発熱体の発生する熱を放熱するための金属−グラファイトシート複合体を有する電子機器であり、
前記発熱体に対して熱的に接続されるグラファイトシートと、
前記発熱体に配置されて前記発熱体の発生する電磁波を吸収して前記グラファイトシートに対して熱的に接続されており、前記発熱体の熱を伝達するための放熱性のフィラーを有する電磁波吸収体と、
前記グラファイトシートの一部分に配置される金属箔と、
前記グラファイトシートを通じて伝導されてくる前記発熱体の熱を放出するための熱放出対象部分に対して、前記金属箔を熱的に接続する熱的接続部と、
を備えることを特徴とする電子機器。An electronic device having a metal-graphite sheet composite for thermally connecting to a heating element to dissipate heat generated by the heating element,
A graphite sheet thermally connected to the heating element;
An electromagnetic wave absorber disposed on the heating element and absorbing electromagnetic waves generated by the heating element and thermally connected to the graphite sheet, and having a heat dissipating filler for transferring heat of the heating element Body,
A metal foil disposed on a portion of the graphite sheet;
A thermal connection part for thermally connecting the metal foil to a heat release target part for releasing heat of the heating element conducted through the graphite sheet;
An electronic device comprising:

前記電磁波吸収体は、前記発熱体を覆っている請求項５に記載の電子機器。The electronic device according to claim 5, wherein the electromagnetic wave absorber covers the heating element.

前記発熱体と前記グラファイトシートの間には、さらに放熱スペーサーが配置されている請求項５に記載の電子機器。The electronic device according to claim 5, further comprising a heat dissipating spacer between the heating element and the graphite sheet.

前記熱的接続部は金属製のネジであり、前記熱放出対象部分は回路基板の導体部分であり、前記ネジが前記金属箔と前記グラファイトシートの一部分を前記導体部分側に固定している請求項５に記載の電子機器。The thermal connection part is a metal screw, the heat release target part is a conductor part of a circuit board, and the screw fixes the metal foil and a part of the graphite sheet to the conductor part side. Item 6. The electronic device according to Item 5.