JP6816678B2 - 放熱シート - Google Patents

Description

本発明は、例えば発熱する電子部品からの発熱を外部に放熱するのに好適な放熱シートに関する。

ＣＰＵのような自ら発熱する電子部品は、過度に昇温すると適正に作動しなくなる恐れがある。それを回避するために、適宜の冷却デバイスが電子部品とともに用いられる。そのような冷却デバイスの一例として、特許文献１に記載される放熱シートや特許文献２に記載される熱輸送デバイス、さらには特許文献３に記載される放熱装置等が挙げられる。

特許文献１に記載の放熱シートは、マトリックス樹脂および熱伝導性フィラーからなる熱伝導性接着剤層とその熱伝導性接着剤層を担持する一方向に延伸したエキスパンドシートより構成されている。特許文献２に記載の熱輸送デバイスは、ハウジング内に封入された作動流体と、ハウジング内に設けられ作動流体の流路を形成するエキスパンドシートと、毛細管構造体とで構成されている。特許文献３に記載の放熱装置は、熱伝導性を有する可撓性の金属シート材で形成した支持枠と、同じシート材で形成した筒状の菱形フィンとを備え、支持枠の内部に、複数の菱形フィンを菱形フィンの稜を連結して１列に配置し、中央部の一つの菱形フィンの一つの稜を支持枠に結合するようにしている。

特開２００１−２９１８１０号公報 特開２０１１−０８６７５３号公報 特開２００６−２５３６０１号公報

特許文献１に記載される放熱シートにおいても、特許文献２に記載される熱輸送デバイスにおいても、エキスパンドシートは、姿勢保持等の構造部材としての機能と、伝熱性あるいは放熱性を確保する熱伝導パスとしての機能とを備えている。特許文献１および特許文献２にも記載されているように、従来、この種の放熱シート等で用いられるエキスパンドシート１０は、図１５（ａ）に示すように、薄板状の金属シート１に、幅Ｌの間隔で、千鳥状に多列に切り込み２・・を入れ、切り込み２の方向に直交する方向に金属シート１を延伸する（エキスパンドする）ことで形成される。図１５（ｂ）は、そのようにして形成された従来のエキスパンドシート１０の一例であり、引き延ばすことで前記切り込み２・・の箇所が切り込み２の形成方向に直交する方向に次第に拡開され、その拡開によって前記切り込み２の箇所は菱形の開口部３・・に変形する。

この形態のエキスパンドシート１０は、薄板状の金属シート１を延伸したものであり、図１５（ｃ）に図１５（ｂ）のＡ−Ａ線での断面図を示すように、連結部４の領域では、隣接する切り込み２、２間の距離Ｌの２倍（２Ｌ）の幅を有しているが、連結部４と連結部４との間であるストランド部５では、隣接する切り込み間の距離Ｌの幅となっている。

図１６（ａ）は、このエキスパンドシート１０の開口部３にマトリックスとしての樹脂材料１１を充填して形成した放熱シート２０の平面図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＢ−Ｂ線による断面図、図１６（ｃ）は、図１６（ａ）のＣ−Ｃ線による断面図である。図示のように、エキスパンドシート１０は全体が樹脂材料１１中に埋入しており、エキスパンドシート１０の開口部３には樹脂材料１１が充填されている。この形態の放熱シート２０において、図１６（ｂ）に示すように、放熱部材１０における前記連結部４は、放熱シート２０の厚みＳを規制していて、放熱シート２０の上面２０ａと下面２０ｂとの間の全域に亘るようにして、連結部４が位置している。そして、連結部４の上端部４ａは放熱シート２０の上面２０ａ側に露出してあるいはごく近接して位置しており、連結部４の下端部４ｂは放熱シート２０の下面２０ｂ側に露出してあるいはごく近接して位置している。

一方、図１６（ｃ）に示すように、前記ストランド部５では、その幅Ｌが連結部４の幅２Ｌの１／２であることから、図で上位に位置するストランド部５Ｕの上端部５ａは放熱シート２０の上面２０ａ側に露出してあるいはごく近接して位置しているが、その下端部５ｂは放熱シート２０の厚み方向のほぼ中間部に位置していて、放熱シート２０の下面２０ｂ側には達していない。また、図で下位に位置するストランド部５Ｄの下端部５ｂは放熱シート２０の下面２０ｂ側に露出してあるいはごく近接して位置しているが、その上端部５ａは放熱シート２０の厚み方向のほぼ中間部に位置していて、放熱シート２０の上面２０ａ側には達していない。

そのために、従来のこの形態の放熱シート２０ではエキスパンドシート１０における連結部４が位置する部位とストランド部５が位置する部位とでは、熱伝導パスとしての機能に差が出るのを避けられず、結果、放熱シート２０全体としてみた場合、放熱部材１０による熱伝導パスの形成が不十分とならざるを得ず、高熱伝導化するためには放熱部材１０の放熱シート２０に占める割合を高めることが必要とされている。このことは、樹脂材料の比率を下げることを意味しており、放熱シート２０の柔軟性を犠牲にせざるをえなくなっている。

特許文献３に記載される放熱装置では、直方体状の支持枠内に複数個の筒状の菱形フィンを備えた構成となっており、該菱形フィンによって放熱面あるいは受熱面である天板と底板との間に多数の等しい長さの熱伝導パスが形成される利点があるが、直方体状の支持枠は柔軟性に欠け、特に奥行き方向において十分な柔軟性が得られない不都合がある。したがって、高熱伝導性と放熱シートに必要な柔軟性との両立は困難である。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、所要の柔軟性を保持することができながら、より高い熱伝導性を確保することができる放熱シートを開示することを課題とする。また、前記放熱シートの製造方法を開示することを課題とする。

本発明による放熱シートは、基本的に、樹脂材料と前記樹脂材料より熱伝導率の高い材料でできた面方向への広がりと所要厚みを備えた放熱部材とを含む放熱シートであって、前記放熱部材は、長尺状の平板を直角または鈍角で連続的に波状に折り曲げることで凸所と凹所が交互に連続的に形成されている長尺折り曲げ部材からなる、第１の長尺折り曲げ部材群と第２の長尺折り曲げ部材群とが、一方の凸所に他方の凹所が位置し一方の凹所に他方の凸所が位置するようにして縦横に組み込まれて、ほぼ平行な上面と下面とを持つ構成であり、前記放熱部材は、前記第１の長尺折り曲げ部材群と前記第２の長尺折り曲げ部材群の上面と下面を残して全体が前記樹脂材料中に埋入していることを特徴とする。

本発明によれば、高い柔軟性を備え、かつ、柔軟性を犠牲にすることなく、高い熱伝導性を備えた放熱シートが提供される。

放熱シートで用いる放熱部材を構成する長尺折り曲げ部材の斜視図。 長尺折り曲げ部材を製造するための原シートの一例を示す平面図。 原シートから作られた長尺状の平板を折り曲げ加工して長尺折り曲げ部材とする一例を示す図。 長尺折り曲げ部材を引っ張り加工するときの２つの図。 長尺折り曲げ部材を用いて放熱部材を組み付けるときの第１の図。 長尺折り曲げ部材を用いて放熱部材を組み付けるときの第２の図。 長尺折り曲げ部材を用いて放熱部材を組み付けるときの第３の図。 製造された放熱部材の一例を示す図。 放熱シートを製造する工程を説明する第１の図。 放熱シートを製造する工程を説明する第２の図。 製造後の放熱シートを示す側面図。 放熱シートの他の実施の形態を示す側面図。 放熱シートのさらに他の実施の形態を示す側面図。 放熱シートのさらに他の実施の形態を示す側面図。 従来の放熱シートで用いられている放熱部材であるエキスパンドシートを説明するための図。 従来の放熱シートを説明するための図。

図面を参照しながら、本発明による放熱シートの一実施の形態を説明する。

［放熱部材］
最初に、この実施の形態の放熱シートで用いる放熱部材１００の一例をその製造工程とともに説明する。

放熱部材１００は、基本的に、図１に一例を示す形態の長尺折り曲げ部材５０の適数個を直交する方向に、すなわち縦横に、組み込むことで形成される。長尺折り曲げ部材５０の素材としては、金属、セラミックス、グラファイト等を挙げることができる。金属としては、銅、アルミニウム、金、銀、ニッケル、亜鉛、等を例示できる。セラミックスとしては、アルミナ、シリカ、窒化ホウ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、等を例示できる。セラミックスを用いる場合は、焼成前のグリーンシートの状態で成形することは、成形が容易なことから好ましい。好ましくは、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるそれらの単一または複合材料である。また、その厚みは、好ましくは１０μｍ〜５００μｍである。

図１に示す長尺折り曲げ部材５０は、Ｙ方向での幅ａである長尺状の平板５１を直角に山折りと谷折りを連続的に繰り返して全体を波状に折り曲げることで、凸所５２と凹所５３が交互に連続的した形状をなしている。凸所５２と凹所５３はＺ方向の共通の立ち上がり壁５４を有している。この例において、凸所５２の頂面５５および凹所５３の頂面５６のＸ方向の長さ（距離）はａであり、立ち上がり壁５４のＺ方向の距離はｂである。

したがって、この長尺折り曲げ部材５０では、凸所５２の頂面５５は正方形であり、複数個の凸所５２の頂面５５・・は１つの水平面（第１水平面Ｈ１）内に位置している。また、凹所５３の頂面５６も正方形であり、複数個の凹所５３の頂面５５・・は、前記した第１水平面Ｈ１からＺ軸方向の距離ｂだけ離間した、第１水平面Ｈ１と平行な第２水平面Ｈ２内に位置している。なお、前記距離ａと前記距離ｂは同じであってもよい。

図２は、上記した形状の長尺折り曲げ部材５０を製造するのに用いられる原シート５０ａの一例を示す平面図である。原シート５０ａは薄板であり、その厚みは、好ましくは１０μｍ〜５００μｍ程度である。原シート５０ａには、Ｘ軸方向に延びる切り込み線５７の適数本が距離ａの間隔で平行に形成されている。さらに、原シート５０ａには、Ｙ方向に延びる適数本の山折り線ｐ（破線）と谷折り線ｑ（一点鎖線）も示されている。山折り線ｐと谷折り線ｑはすべて互いに平行であり、近接する山折り線ｐと山折り線ｐとのＸ方向での距離はすべてａ、近接する谷折り線ｑと谷折り線ｑとのＸ方向での距離もすべてａ、そして、近接する山折り線ｐと谷折り線ｑとのＸ方向での距離はすべてｂとされている。

この原シート５０ａを用いて長尺折り曲げ部材５０を製造するに当たっては、最初に前記切り込み線５７に沿って、原シート５０ａを切り込む。それにより、幅ａである長尺状の平板５１の多数本が形成される。各長尺状の平板５１に対して、手作業により、あるいは適宜のプレス機械のように曲げ加工機を用いて、山折り線ｐおよび谷折り線ｑに沿って、折り曲げ加工を施すことにより、図１に示した長尺折り曲げ部材５０が得られる。

図３は、そのような折り曲げ加工を、プレス加工機６０を用いて行う場合の一例を示している。このプレス加工機６０は、図３（ａ）に示すように、Ｚ軸方向で対向して位置するプレス可動型６１とプレス固定型６２とからなるプレス装置６３の対が、適数個（図示の例では３個）だけＸ次方向に並置されている。図示のように、３個のプレス装置６３は、プレス可動型６１とプレス固定型６２の上下方向の位置が反転した姿勢で、並置されている。

各プレス可動型６１は、Ｚ軸に沿う断面が長方形であり、Ｘ軸方向の幅は、原シート５０ａでの前記した距離ａと等しく、隣接するプレス装置６３、６３における一方のプレス固定型６２の支持面と他方のプレス固定型６２の支持面との間のＺ軸方向の距離は前記した距離ｂに等しく、隣接するプレス装置６３、６３間のＸ軸方向の距離は、折り曲げ加工する原シート５０ａの厚みとほぼ等しくされている。さらに、プレス可動型６１およびプレス固定型６２の奥行長さ、すなわちＹ軸方向の長さは前記距離ａよりも大きくされている。

折り曲げ加工の開始時に、Ｘ軸方向とＹ軸方向を一致させて、開いた状態にあるプレス加工機６０でのプレス可動型６１とプレス固定型６２との間に、前記した長尺状の平板５１を配置する。その状態が図３（ａ）に示される。次に、各プレス装置６３において、プレス可動型６１をプレス固定型６２に向けて移動させる。それにより、長尺状の平板５１は、凸所５２と凹所５３が交互に並列した形状に折り曲げ加工される。前記の曲げ加工後に、プレス型を開いて、図３（ａ）での送り方向（Ｘ軸方向）に長尺状の平板５１を前進させ、次段の曲げ加工を行う。その状態が図３（ｂ）に示される。

この加工を必要回数繰り返すことにより、山折り角度および谷折り角度αが共に９０度である、図１に示した形状の長尺折り曲げ部材５０が得られる。以下、必要となる本数の長尺折り曲げ部材５０が得られるまで、折り曲げ加工を繰り返す。

形成した長尺折り曲げ部材５０をそのまま用い、それらを縦横に組み込んで、放熱部材１００を構成することもできる。好ましくは、長尺折り曲げ部材５０に対して、Ｘ軸方向（長手方向）の引っ張り力を付与して、Ｘ軸方向に伸長させる作業を行う。この作業を行うことにより、前記した山折り角度および谷折り角度αは、９０度より大きい角度、すなわち鈍角となる。

その伸長作業を行った後の２種類の長尺折り曲げ部材５０ａ、５０ｂが、図４に示される。図４（ａ）に示す第１の長尺折り曲げ部材５０ａの伸長距離は、図４（ｂ）示す第２長尺折り曲げ部材５０ｂの伸長距離よりも短く、したがって第１の長尺折り曲げ部材５０ａでの山折り角度および谷折り角度α１は、第２の長尺折り曲げ部材５０ｂでの山折り角度および谷折り角度α２よりも小さい。長尺折り曲げ部材５０の高さｂ、すなわち双方のＺ軸方向の距離は、前記角度αに依存し、角度αが大きいほど前記高さｂは小さくなる。よってここでは、第２の長尺折り曲げ部材５０ｂの高さｂ２は、第１の長尺折り曲げ部材５０ａの高さｂ１よりも小さい。

次に、前記した第１の長尺折り曲げ部材５０ａと第２の長尺折り曲げ部材５０ｂを用いて、放熱部材１００を組み付けるときの一態様を説明する。最初に、図５に示すように、適数個の第１の長尺折り曲げ部材５０ａ、すなわち第１の長尺折り曲げ部材５０ａの群５０ＡをＹ軸方向に並置する。その際に、Ｙ軸方向で互いに隣接する第１の長尺折り曲げ部材５０ａ同士では、その凸所５２と凹所５３とが重複することなく、Ｙ軸方向で交互に位置するように、Ｘ軸方向に所要に位置ずれさせて、並置する。なお、単に図示の分かり易さのために、各第１の長尺折り曲げ部材５０ａは、折り曲げ角度αを９０度として示している。

そのように第１の長尺折り曲げ部材５０ａを群５０Ａとしてセットした状態で、第２の長尺折り曲げ部材５０ｂを第１の長尺折り曲げ部材５０ａの群５０Ａに直交する姿勢で配置する。そして、群５０Ａが形成するＹ軸方向に連続する凸所５２と凹所５３とで形成される連通路内を通過するようにして、第２の長尺折り曲げ部材５０ｂを第１の長尺折り曲げ部材５０ａの群５０Ａ内に挿入する。図６は、前記第２の長尺折り曲げ部材５０ｂが挿入される方向を点線で示す矢印で示している。

そのようにして、適数本の第２の長尺折り曲げ部材５０ｂを前記群５０Ａに挿入する。挿入後のＹ軸に沿う方向での断面図が図７に示される。前記したように、第２の長尺折り曲げ部材５０ｂの高さｂ２は、第１の長尺折り曲げ部材５０ａの高さｂ１よりも低くなっており、この挿入は容易である。また、挿入に際して、後記する圧縮後に、第１の長尺折り曲げ部材５０ａの凸所５２の位置には、第２の長尺折り曲げ部材５０ｂの凹所５３が位置し、第１の長尺折り曲げ部材５０ａの凹所５３の位置には、第２の長尺折り曲げ部材５０ｂの凸所５２が位置できるように、第２の長尺折り曲げ部材５０ｂの挿入位置を設定する。

挿入後に、第２の長尺折り曲げ部材５０ｂの群５０Ｂの全体を、Ｙ軸方向に圧縮する。圧縮する距離は、第２の長尺折り曲げ部材５０ｂの高さｂ２が、第１の長尺折り曲げ部材５０ａの高さｂ１とほぼ同じ高さとなるまでである。換言すれば、第２の長尺折り曲げ部材５０ｂの折り曲げ角度α２が、第１の長尺折り曲げ部材５０ａの折り曲げ角度α１とほぼ同じとなるまでである。それにより、第２の長尺折り曲げ部材５０ｂの高さｂ２は、第１の長尺折り曲げ部材５０ａの高さｂ１と、実質的に等しくなる。

上記のように組み付けることにより、長尺状の平板５１を直角で連続的に波状に折り曲げることで凸所５２と凹所５３が交互に連続的に形成されている長尺折り曲げ部材５０からなる、前記第１の長尺折り曲げ部材５０ａの群５０Ａと前記第２の長尺折り曲げ部材５０ｂの群５０Ｂとが、一方の凸所５２に他方の凹所５３が位置し一方の凹所５３に他方の凸所５２が位置するようにして縦横に組み込まれた構成の放熱部材１００が形成される。

組み付け後の放熱部材１００の平面図が、図８（ａ）に、また、図８（ａ）でのｋ−ｋ線での断面図が、図８（ｂ）に示される。図８（ａ）で黒く塗りつぶした箇所は第１の長尺折り曲げ部材５０ａの群５０Ａでの凸所の頂面５５であり、梨地の部分は第２長尺折り曲げ部材５０ｂの群５０Ｂでの凸所の頂面５５であり、ともに正方形である。図８（ｂ）に示すように、この両群５０Ａ、５０Ｂの凸所の頂面５５・・・により放熱部材１００の上面１０１が形成され、この上面１０１は、実質的に一つの平坦面（第１水平面Ｈ１）内に位置している。また、放熱部材１００の裏面側には、共に正方形である第１の長尺折り曲げ部材５０ａの群５０Ａでの凹所の頂面５６と、第２長尺折り曲げ部材５０ｂの群５０Ｂでの凹所の頂面５６とが位置しており、この両群５０Ａ、５０Ｂの凹所の頂面５６・・・により放熱部材１００の下面１０２が形成されている。この下面１０２も実質的に一つの平坦面（第２水平面Ｈ２）内に位置しており、上面１０１と下面１０２とは互いに平行である。また、上面１０１と下面１０２の距離は、前記した第１の長尺折り曲げ部材５０ａの高さｂ１に等しい。

さらに、図８に示されるように、放熱部材１００の上面１０１と下面１０２には、第１の長尺折り曲げ部材５０ａを前記したように引き延ばすことで、折り曲げ角度αが９０度より大きくなったことに起因する隙間ｃが、頂面５５および頂面５６の周囲に、すなわちＸ軸方向およびＹ軸方向に、互いに平行に形成される。この隙間が存在することで、放熱部材１００は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向での曲げに対する自由度が大きくなっており、高い柔軟性を備えている。

なお、上記した例では、製造の利便性の観点から、第１の長尺折り曲げ部材５０ａおよび第２の長尺折り曲げ部材５０ｂの幅ａをすべて等しくしたが、第１の長尺折り曲げ部材５０ａと第２の長尺折り曲げ部材５０ｂとで、幅は異なっていてもよい。また、当初での山折り角度および谷折り角度αは、９０度であってもよいが、９０度より大きい鈍角であってもよい。さらに、放熱部材１００として、２つの群５０Ａ、５０Ｂを組み込んだ後に、さらに、２軸方向に、すなわち、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に圧縮たまは延伸することで、前記山折り角度および谷折り角度αを変えることができる。直角すなわち９０度とすることもできる。しかし、９０度の態様は、前記した隙間ｃがないか極めて小さいものとなり、放熱部材１００の柔軟性が不十分となるので、柔軟性がそれほど必要とされない場合に採用可能である。

［樹脂材料３００］
前記した放熱部材１００を樹脂材料３００内に埋入することで、放熱シート２００が得られる。樹脂材料３００は、樹脂単体でもよく、機能向上のためにフィラーを充填した樹脂であってもよい。樹脂としては、湿気硬化型、常温硬化型（１液タイプ、２液混合タイプのいずれも可）のシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、等の熱硬化型樹脂、あるいは、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイト樹脂、ポリイミド樹脂、等の熱可塑性樹脂を例示できる。フィラーとしては、銅、アルミ、銀、ニッケル、亜鉛、等の金属充填材、アルミナ、シリカ、窒化ホウ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、グラファイト、等の無機充填材、を例示できる。さらに、前記した放熱部材１００の製造に用いる材料を粒子化して前記樹脂材料３００に混合した混合材料も用いることができる。

［放熱シート２００の製造］
放熱部材１００を前記の樹脂材料３００中に埋入するには任意の方法で行うことができる。図９および図１０はその一例を示しており、図９に示すように、形成した放熱部材１００を金型４００に入れ、位置決めをする。そして、その上から、前記した樹脂材料３００を流し込む。樹脂は、前記隙間ｃを通って、放熱部材１００の内部空間に入り込む。次に、図１０に示すように、金型４００に蓋４０１をして高さを整えた後、恒温槽に投入し、樹脂材料３００を加熱硬化させる。冷却後に型から取り外すことで、図１１に側面図を示す放熱シート２００が得られる。

［放熱シート２００の利点］
この実施の形態の放熱シート２００では、放熱部材１００は、広い面方向での面積を持つ。さらに、厚み方向へも連続して長尺折り曲げ部材５０の一部（Ｚ方向である立ち上がり壁５４）が配向しており、そのために、厚み方向で途中で途切れることのない熱伝導パスが形成される。

換言すれば、放熱シート２００の上面には、放熱部材１００の上面１０１に位置している第１の長尺折り曲げ部材５０ａの群５０Ａでの凸所の頂面５５と、第２長尺折り曲げ部材５０ｂの群５０Ｂでの凸所の頂面５５とが広い面積で位置しており、下面には、放熱部材１００の下面１０２に位置している第１の長尺折り曲げ部材５０ａの群５０Ａでの凹所の頂面５６と、第２長尺折り曲げ部材５０ｂの群５０Ｂでの凹所の頂面５６とが広い面積で位置している。そのために、被着体（発熱体等）との界面での熱伝達を効率的に行うことができ、実用時の熱抵抗を小さくできる。さらに、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に延びる前記隙間ｃを備えており、面方向で柔軟に変形することができる。

また、放熱部材１００は、３軸方向に連続的に繋がった空間領域が形成されており、そのために、樹脂材料３００中に埋設するときでの樹脂材料３００の充填性に優れている。そのために、充填後の放熱シート２００から樹脂材料３００の脱落等も無く、耐久性も向上する。

なお、前記した樹脂材料３００の充填性をさらにすぐれたものとするために、長尺折り曲げ部材５０を形成する長尺状の平板５１の全体にあるいは適宜の部位に、被着体（発熱体等）との接触面積を有意に阻害しない程度に、例えば全体の１ｖｏｌ％以下程度に、直径０．０５ｍｍ程度の小孔を形成することもできる。

前記のように、放熱部材１００は、構造的にも強くかつ曲げの自由度が高いことから、ＣＰＵのような自ら発熱する電子部品に対する取り付け方の自由度が大きくなる利点もある。また、平面だけでなく、凹凸面、Ｒ面等のワーク形状にも追従可能であり、使用場所も広がってくる。

［放熱シートの他の構成］
放熱シート２００の全容積に対する放熱部材１００の占める体積分率に特に制限はないが、５％以上、８０％以下であることが望ましい。５％未満では、熱伝導率を高めることができず放熱材として有用でない。また放熱に寄与しない領域が広くなり、放熱シート内での伝熱ムラが大きくなるため製品内で想定外の高温部ができる可能性がある。８０％を超えると、高い熱伝導率の放熱シートとなるが、硬くなりすぎて製品との界面熱抵抗が大きくなり、所望の放熱性能が得られないことが起こりうる。

長尺折り曲げ部材５０を構成する長尺状の平板５１の厚みと放熱シート２００の厚みの比は、１：３以上、１：１０以下が好ましい。１：３未満であると、圧縮応力に対する放熱部材の厚み方向の柔軟性が低くなり、放熱シートとしての柔軟性が損なわれるため、製品との界面熱抵抗が大きくなり、所望の放熱性能が得られない恐れがある。１：１０を超えると、放熱部材の体積分率を上げることができず、高熱伝導化できない。

［他の実施の形態−１］
図１２は、放熱シートの他の実施の形態を示している。この放熱シート２００ａは、放熱シート２００の表裏面に絶縁層１０３を設けた点で、上記した絶縁シート２００と相違する。他の構成は、放熱シート２００と同じである。絶縁層１０３の素材には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、等の熱硬化型樹脂、あるいは、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイト樹脂、ポリイミド樹脂のような樹脂材料、あるいはアルミナ、シリカ、窒化ホウ素などのセラミックス材料、のような材料を用いることができる。絶縁層１０３を設けることで、高熱伝導率と絶縁性の双方を確保した放熱シート２００ａが得られる。

［他の実施の形態−２］
図１３は、放熱シートのさらに他の実施の形態を示している。この放熱シート２００ｂは、長尺折り曲げ部材５０を構成する長尺状の平板５１として、表裏面に絶縁皮膜１０４を備えた材料を用いて放熱部材１００を形成している。絶縁皮膜１０４の素材としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、等の熱硬化型樹脂、あるいは、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイト樹脂、ポリイミド樹脂のような樹脂材料、あるいはアルミナ、シリカ、窒化ホウ素などのセラミックス材料、のような材料を用いることができる。この絶縁シート２００ｂでも、放熱部材１００自体が絶縁性能を有することで、高熱伝導率と絶縁性の双方を確保することができる。

［他の実施の形態−３］
図１４は、放熱シートのさらに他の実施の形態を示している。この放熱シート２００ｃは、放熱部材１００Ｃとして、放熱シート２００ｃの厚み方向に延びている部材、すなわち、前記立ち上がり壁５４に多段の折曲部１０５を形成したものを用いている。この構成では、厚み方向での圧縮特性が向上した放熱シート２００ｃが得られる。

以下、実施例と比較例により、本発明による放熱シート２００の優位性を説明する。

［実施例品］
図１に示した形状の長尺折り曲げ部材５０を用いて、図８に示す形態の放熱部材１００を作製した。長尺折り曲げ部材５０の基材としての長尺状の平板５１には０．２ｍｍ厚の純Ｃｕ箔を用いた。図３〜図７に基づき説明したようにして曲げ加工および組み込みを行って、放熱部材１００を複数種類作製した。具体的な寸法は、表１の実施例１〜４に示した。なお、長尺折り曲げ部材５０の高さｂ（すなわち、頂部５５と頂部５６とのＺ軸方向での距離）は、放熱シート１００の仕上がり厚みが２ｍｍとなるように、調整した。作製した放熱部材１００を、図９および図１０に示したようにして、樹脂材料３００としての液状シリコーン樹脂中に埋入させた後、恒温槽にて加熱硬化させて、放熱シート２００とした。

表１に示すように、実施例１〜４では、放熱部材１００の寸法や折り曲げ角度αを異ならせることで、放熱シート２００における放熱部材（Ｃｕ）の体積分率をそれぞれ異ならせた。なお、用いたシリコーン樹脂は、信越化学製ＫＥ−１８７０（付加反応型）であり、硬化条件は１５０℃×３０分、粘度４００ｍＰａ・ｓ、硬化後硬さ１５（デュロメータＡ）である。

［比較例品］
同じ素材を用い、先に図１５、図１６に基づき説明した従来法により、放熱部材１０を作製した。放熱部材１０の作製時に、引き延ばし量を変え、表１に示す、放熱部材（Ｃｕ）の体積分率が異なる比較例１〜３の放熱シートを作製した。なお、比較例１〜３の傾斜角度は、図１６（ｂ）に示す傾斜角度Ａ°である。

［特性試験］
実施例品１〜４、比較例品１〜３について、定常法により、熱伝導率および熱抵抗を測定した。その結果を表１に示した。

［評価］
実施例品と比較例品では、仕上がり厚みがいずれも２ｍｍと等しく、さらに、放熱部材と樹脂との体積分率もほぼ等しいにもかかわらず、実施例品は比較例品と比較して、熱伝導率が大きく向上している。また、熱抵抗は、実施例品は、比較例品とそれぞれ比較して、小さくなっている。これは、本実施例で用いている放熱部材が、基本的に図８に示した形状であり、それにより、熱伝導パスが、比較例品と比較して、実質上、多くなった結果である。

５０…長尺折り曲げ部材、
５０ａ…第１の長尺折り曲げ部材、
５０ｂ…第２の長尺折り曲げ部材、
５０Ａ…第１の長尺折り曲げ部材の群、
５０Ｂ…第２の長尺折り曲げ部材の群、
５１…長尺状の平板、
５２…凸所、
５３…凹所、
５４…Ｚ方向の共通の立ち上がり壁、
５５…凸所の頂面、
５６…凹所の頂面、
５０ａ…原シート、
６０…プレス加工機、
６１…プレス可動型、
６２…プレス固定型、
６３…プレス装置、
１００…放熱部材、
１０１…放熱部材の上面、
１０２…放熱部材の下面、
２００…放熱シート、
３００…樹脂材料、
４００…金型。

Claims (1)

1. 樹脂材料と前記樹脂材料より熱伝導率の高い材料でできた面方向への広がりと所要厚みを備えた放熱部材とを含む放熱シートであって、
   前記放熱部材は、長尺状の平板を直角または鈍角で連続的に波状に折り曲げることで凸所と凹所が交互に連続的に形成されている長尺折り曲げ部材からなる、第１の長尺折り曲げ部材群と第２の長尺折り曲げ部材群とが、一方の凸所に他方の凹所が位置し一方の凹所に他方の凸所が位置するようにして縦横に組み込まれて、ほぼ平行な上面と下面とを持つ構成であり、
   前記放熱部材は、前記第１の長尺折り曲げ部材群と前記第２の長尺折り曲げ部材群の上面と下面を残して全体が前記樹脂材料中に埋入していることを特徴とする放熱シート。

Images