JP7458775B2 - 熱伝導性成形体の製造方法 - Google Patents
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Description
図1に示すように、本技術が適用された熱伝導性成形体10は、炭素繊維束2の炭素繊維間に充填された樹脂液3が硬化されることにより形成される。この熱伝導性成形体10は、炭素繊維1が高密度に充填されるとともに、硬化した樹脂液によって一体化されている。そして、熱伝導性成形体10は、シート状にスライスされることにより、半導体装置等の熱源と放熱部材との間に挟持される熱伝導シート11として使用される(図2参照)。
本発明の熱伝導シート11に含まれる炭素繊維1は、シートの厚さ方向にわたって配向され、熱伝導性を担う材料である。炭素繊維1の種類について特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、ピッチ系、PAN系、PBO繊維を黒鉛化したもの、アーク放電法、レーザー蒸発法、CVD法(化学気相成長法)、CCVD法(沢媒化学気相成長法)等で合成されたものを用いることができる。これらの中でも、高い熱伝導性が得られる点から、PBO繊維を黒鉛化した炭素繊維、ピッチ系炭素繊維がより好ましい。
炭素繊維束2の炭素繊維間に充填される樹脂液3は、高密度に充填された炭素繊維1を結合し熱伝導シート11のシート形状を維持するバインダー樹脂である。樹脂液3は、高分子マトリックス成分を有し、適宜無機物フィラー、その他の成分を含有させてもよい。
熱伝導シート11は、熱伝導性をより高めるために、他の熱伝導性充填剤を含有させてもよい。熱伝導性充填剤の種類については、熱伝導性の高い材料であれば特に限定はされず、例えば、銀、銅、アルミニウム等の金属、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、グラファイト等のセラミックス等が挙げられる。
熱伝導シート11は、無機物フィラーをさらに含有させてもよい。無機物フィラーを含有させることにより、熱伝導シート11の熱伝導性をより高め、シートの強度を向上できる。前記無機物フィラーとしては、形状、材質、平均粒径等については特に制限がされず、目的に応じて適宜選択することができる。前記形状としては、例えば、球状、楕円球状、塊状、粒状、扁平状、針状等が挙げられる。これらの中でも、球状、楕円形状が充填性の点から好ましく、球状が特に好ましい。
熱伝導シート11は、上述した、高分子マトリックス成分及び無機物フィラーに加えて、目的に応じてその他の成分を適宜含むこともできる。その他の成分としては、例えば、磁性金属粉、チキソトロピー性付与剤、分散剤、硬化促進剤、遅延剤、微粘着付与剤、可塑剤、難燃剤、酸化防止剤、安定剤、着色剤等が挙げられる。
樹脂液3が充填された炭素繊維束2が挿入される収縮性のチューブ5は、加熱や自身の張力によって収縮可能な材料によって形成されている。チューブ5は、炭素繊維束2が挿入された後、収縮することにより炭素繊維間に充填された樹脂液3のうち、余分な樹脂液3を絞り出すものである。
次いで、熱伝導性成形体の各製造工程について説明する。上述したように、本技術が適用された熱伝導性成形体の製造方法は、樹脂液が充填された炭素繊維束2を用意する工程と、樹脂液3が充填された炭素繊維束2を、収縮性のチューブ5に挿入した後、チューブ5を収縮させるチューブ収縮工程と、炭素繊維間に充填させた樹脂液3を硬化させる硬化工程とを有する。
ここで、熱伝導シート11の使用例について説明する。熱伝導シート11は、各種電子機器に内蔵される半導体装置に実装され、熱源と放熱部材との間に挟持される。図2に半導体装置の一例を示す。図2に示す半導体装置50は、電子部品51と、ヒートスプレッダ52と、熱伝導シート11とを少なくとも有し、熱伝導シート11がヒートスプレッダ52と電子部品51との間に挟持される。熱伝導性に優れる炭素繊維が高密度に充填された熱伝導シート11を用いることによって、半導体装置50は、高い放熱性を有する。
上述したチューブ5は、図7に示すように、側面に複数の孔部6を設けてもよい。孔部6は、チューブ5の収縮時に埋まらない程度の大きさを有する。孔部6を設けることにより、チューブ5の収縮時に、余分な樹脂液3を孔部6より排出させることができる。孔部6は、少なくともチューブ5の長手方向の中央付近に形成され、好ましくはチューブ5の全体にわたって形成される。
また、図5に示すチューブ5は、炭素繊維束2の全長以上の長さを有し、炭素繊維束2がその全長にわたって挿入されるものであるが、図9に示すように、チューブ5は、炭素繊維束2よりも短い長さを有し、炭素繊維束2は、チューブ5に、炭素繊維束2の長さ方向の一部を挿入させるとともに、このような相対的に炭素繊維束2よりも短い複数のチューブ5に挿入させてもよい。図9に示す構成によっても、チューブ5が収縮することにより炭素繊維束2を圧縮させることができ、各チューブ5の間から余分な樹脂液3を絞り出すことができる。
実施例1では、長繊維である炭素繊維としてXN100(日本グラファイトファイパ一社製)を使用して炭素繊維束を形成した。炭素繊維の熱伝導率は900W/mK、炭素繊維密度は2.22g/cm3である。炭素繊維束の端部を縛り、2液性の付加反応型のシリコーン樹脂(樹脂液)を入れた容器に浸漬し、炭素繊維間にシリコーン樹脂を充填させた。その後、シリコーン樹脂を充填した炭素繊維束を、内径50.8mm長さ200mmの熱収縮性チューブに入れてオーブンに静置した。加熱条件は100℃、1時間とした。硬化後の熱収縮性チューブのサイズは内径40mmであった。熱収縮性チューブの端部からは余剰なシリコーンの一部が滲みだして硬化していた。
比較例1では、長繊維である炭素繊維としてXN100(日本グラファイトファイパ一社製)を使用して炭素繊維束を形成した。炭素繊維の熱伝導率は900W/mK、炭素繊維密度は2.22g/cm3である。炭素繊維束の端部を縛り、2液性の付加反応型のシリコーン樹脂(樹脂液)を入れた容器に浸漬し、炭素繊維間にシリコーン樹脂を充填させた。その後、シリコーン樹脂を充填した炭素繊維束をオーブンに静置した。加熱条件は100℃、1時間とした。
Claims (12)
- 樹脂液が充填された炭素繊維束を用意する工程と、
上記樹脂液が充填された上記炭素繊維束を、収縮性のチューブに挿入した後、上記チューブを収縮させる工程と、
上記炭素繊維間に充填させた上記樹脂液を硬化させる工程とを有し、
上記チューブを収縮させる工程では、上記収縮性のチューブの開口に張力を掛けて、上記樹脂液が充填された上記炭素繊維束の外径よりも大きく広げ、上記炭素繊維束を挿入後、上記張力を解放して上記チューブを収縮させる、熱伝導性成形体の製造方法。 - 樹脂液が充填された炭素繊維束を用意する工程と、
上記樹脂液が充填された上記炭素繊維束を、収縮性のチューブに挿入した後、上記チューブを収縮させる工程と、
上記炭素繊維間に充填させた上記樹脂液を硬化させる工程とを有し、
上記チューブと上記炭素繊維束の間にメッシュ部材を介在させる熱伝導性成形体の製造方法。 - 樹脂液が充填された炭素繊維束を用意する工程と、
上記樹脂液が充填された上記炭素繊維束を、収縮性のチューブに挿入した後、上記チューブを収縮させる工程と、
上記炭素繊維間に充填させた上記樹脂液を硬化させる工程とを有し、
上記チューブは、上記炭素繊維束よりも短い長さを有し、
上記炭素繊維束は、上記チューブに、上記炭素繊維束の長さ方向の一部を挿入する熱伝導性成形体の製造方法。 - 上記樹脂液が充填された上記炭素繊維束は、炭素繊維を同方向に配向させた炭素繊維束を用意する工程と、上記炭素繊維束の炭素繊維間に樹脂液を充填させる工程により形成される、請求項1~3のいずれか1項に記載の熱伝導性成形体の製造方法。
- 上記炭素繊維束を樹脂液に浸漬させ、上記樹脂液から引き上げることにより、上記炭素繊維間に上記樹脂液を充填させる請求項4に記載の熱伝導性成形体の製造方法。
- 上記樹脂液が充填された上記炭素繊維束は、上記炭素繊維を樹脂液に浸漬する工程と、上記樹脂液に浸漬した上記炭素繊維を同方向に配向させて束ねた炭素繊維束とする工程により形成される、請求項1~3のいずれか1項に記載の熱伝導性成形体の製造方法。
- 上記チューブが、熱収縮材により形成され、
上記チューブを加熱することにより収縮させる、請求項2又は3に記載の熱伝導性成形体の製造方法。 - 上記樹脂液を硬化させた後、熱伝導性成形体を上記炭素繊維の配向方向と交差する方向に切断する工程を有する、請求項1~7のいずれか1項に記載の熱伝導性成形体の製造方法。
- 上記切断工程は、熱伝導性成形体をシート状に切断する請求項8に記載の熱伝導性成形体の製造方法。
- 上記樹脂液を硬化させた後、上記チューブを除去する工程を有する、請求項1~9のいずれか1項に記載の熱伝導性成形体の製造方法。
- 上記チューブは、側面に複数の孔部が設けられている請求項1~10のいずれか1項に記載の熱伝導性成形体の製造方法。
- 上記チューブは、上記炭素繊維束の全長以上の長さを有し、
上記チューブに、上記炭素繊維束を、上記炭素繊維束の全長にわたって挿入する請求項1又は2に記載の熱伝導性成形体の製造方法。
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