(57)【要約】【課題】発熱体において発生した熱を、伝熱部材により、発熱体から離間した位置まで゛伝熱させて放熱させる放熱構造を提供する。【解決手段】伝熱部材１と、この伝熱部材１に接触している発熱体２（半導体素子が搭載された基板等）及び放熱手段３１（ヒートシンク等）と、を備え、発熱体２と放熱手段３１とは、伝熱部材１の面方向において離間して配置されており、伝熱部材１は、伝熱性エラストマー層１１（アルミナ粉末等の熱伝導性充填材を配合したスチレン系エラストマー等を用いて射出成形法等により成形してなる層など）と伝熱性剛性体１２（アルミニウムシート等であり、射出成形法等により伝熱性エラストマー層と一体に成形されることが好ましい。）とが積層されて構成されてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱部材と、該伝熱部材に接触している発熱体及び放熱手段と、を備える放熱構造であって、
上記伝熱部材は、上記発熱体が接触している吸熱部位と、上記放熱手段が接触している放熱部位と、該吸熱部位と該放熱部位との間の伝熱部位と、を有し、
上記吸熱部位と上記放熱部位とは、上記伝熱部材の少なくとも面方向において離間して配置されており、
上記伝熱部材は、少なくとも上記吸熱部位と上記放熱部位において、伝熱性エラストマー層と、金属又は無機物からなる伝熱性剛性体とが積層されて構成されていることを特徴とする放熱構造。
【請求項２】
上記伝熱部位において、上記伝熱性エラストマー層と上記伝熱性剛性体とが積層されている請求項１に記載の放熱構造。
【請求項３】
上記伝熱性剛性体の全面に上記伝熱性エラストマー層が積層されている請求項１に記載の放熱構造。
【請求項４】
上記伝熱性剛性体は、上記吸熱部位、上記伝熱部位及び上記放熱部位に渡って連続している請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の放熱構造。
【請求項５】
上記伝熱性エラストマー層と上記伝熱性剛性体とは、予め金型に配置された該伝熱性剛性体に、該金型内に充填された伝熱性エラストマーを用いてなる伝熱性エラストマー層が接合され、積層される請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の放熱構造。
【請求項６】
上記伝熱性エラストマー層のタイプＣ硬さが５〜７０であり、且つ熱伝導率が０．６Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、上記伝熱性剛性体の熱伝導率が１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載の放熱構造。
【請求項７】
上記伝熱部材の上記伝熱部位の外周面に断熱層が設けられている請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の放熱構造。
【請求項８】
上記伝熱性剛性体の、上記伝熱性エラストマー層が積層されていない面に断熱層が設けられている請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の放熱構造。
【請求項９】
上記伝熱性エラストマー層の、上記伝熱性剛性体が積層されている面と反対側の面のうちの上記発熱体及び上記放熱手段が接触している面を除く面に断熱層が設けられている請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の放熱構造。
【請求項１０】
上記伝熱性エラストマー層を構成するエラストマーがスチレン系エラストマーである請求項１乃至９のうちのいずれか１項に記載の放熱構造。
【請求項１１】
上記伝熱性エラストマー層の上記発熱体との接触面が、該発熱体の該伝熱性エラストマー層との接触面の形状に対応した形状を有している請求項１乃至１０のうちのいずれか1項に記載の放熱構造。
ほ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放熱構造に関する。更に詳しくは、本発明は、発熱体において発生した熱を、発熱体に接触させたヒートシンク等により放熱させるのではなく、伝熱部材により熱を発熱体から面方向に離間した位置まで伝熱させて放熱させる放熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載用コンピュータ、パーソナルコンピュータ等に代表される各種電子、電気機器に搭載されている半導体素子等の発熱問題は、それらの小型化、高性能化が進むに伴いより重要な技術課題として注目されている。特に、エンジンルーム内に配設される電子部品が増加している。また、コンピュータの高性能化に伴い発熱部材も増加しており、以前はＣＰＵ周辺の放熱のみでよかったものが、近年はＧＰＵ（グラフィック回路）等の高性能化により、これらの発熱も無視できないものになっており、コンピュータを収容している筐体内の蓄熱がより大きな問題になってきている。また、発熱量の増加により伝熱部材の放熱性能が低下するという問題もある。このような発熱問題に対して、冷却が必要な半導体素子等が搭載された配線基板などの冷却方法が開発されており、例えば、機器筺体にファンを取り付け、筺体内の空気を冷却する方法、及び発熱する基板などに伝熱シート等の伝熱体を介在させてヒートシンクを取り付けて冷却する方法等が代表的である。
【０００３】
しかし、配線基板等の表面は、通常、平滑ではなく、凹凸があり、伝熱シート等には凹凸形状に十分に追随し得る柔軟性が必要とされる。更に、従来の伝熱シート等とヒートシンクとの組み合わせでは、配線基板の周辺で放熱がなされるため、熱が滞留し、基板等の温度が低下し難いという問題がある。これに対して、熱の滞留を抑えるための冷却用ファンが用いられることもあるが、ファンは嵩張るため設置箇所が限られたり、コスト増、騒音等の問題もあり、使用が限定されることがある。
【０００４】
更に、柔軟であり、且つ十分な熱伝導性を有し、凹凸形状に十分に追随し得る伝熱シートとして、従来、熱伝導性フィラーを高濃度に充填した液状ポリマーを用いたシートが知られており、例えば、アクリル系ポリマー、シリコーン系ポリマー等を用いた伝熱シートが用いられている。しかし、熱伝導性を向上させるため熱伝導性フィラーを高濃度に充填すると、硬度も高くなってしまい、伝熱シートと配線基板及びヒートシンク等との密着性が低下し、その結果、熱伝導性が低下するという問題がある。
【０００５】
上記のように、密着性と熱伝導性とは相反しており、また、従来の熱伝導性フィラーを充填した伝熱シートでは、厚さ方向には伝熱し得るものの、シートの面方向に熱を移動させ、伝熱させる性能は有していない。一方、シートの面方向に熱を移動させ、伝熱させることができる伝熱シートとして、従来、グラファイトシートが一般的に用いられているが、硬いため、配線基板及びヒートシンク等との密着性が低い、脆い、且つ高価である等、多くの問題がある。更に、熱移動についてはヒートパイプとヒートシンクとを併用した構造体が用いられることも多いが、ヒートパイプは剛直であり、形状の自由度がなく、立体的であるため、伝熱シートと比べて配設するためのより多くの空間を必要とする。また、車載用等では、振動によりパイプの接合部が外れたり、亀裂を生じたりすることもある。更に、この構造体では、配線基板等と密着させるためには、別途、伝熱シート及びグリース等を必要とする。
【０００６】
このように、配線基板等において発生する熱を効率よく放熱するため、種々の検討がなされている。より具体的には、例えば、熱可塑性エラストマー、熱伝導性充填材及び難燃剤を主成分とする熱可塑性エラストマー組成物及びこの組成物からなる放熱シートが知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、熱可塑性エラストマー、パラフィン系オイル及び球状アルミナを含有する非架橋樹脂組成物並びにこの組成物を成形した熱伝導性成形体も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
更に、エンボス構造の軟質金属層と、熱伝導性充填剤を含有するゴム層とからなる導電性と熱伝導性とを備えたシートが知られている（例えば、特許文献３参照。）。また。網目状補強材に熱伝導性シリコーンゴムを被覆硬化させた放熱絶縁シートと、付加型液状シリコーンゴムを一体化し、ゴムを硬化させて製造される熱伝導性複合シートも知られている（例えば、特許文献４参照。）。更に、導電性繊維と樹脂繊維の混合物からなるシートを、熱伝導性充填剤を含有するシリコーンゴム層に積層してなる熱伝導性電磁波シールドシートも知られている（例えば、特許文献５参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−８２２４５号公報
【特許文献２】特開２００６−１９３６２６号公報
【特許文献３】特開２０００−２１１０５５号公報
【特許文献４】特開平６−１５５５１７号公報
【特許文献５】特開平１１−３１７５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の特許文献１〜５に開示された技術では、従来、必要とされている性能、例えば、熱伝導性、柔軟性等が向上し、更に他の特定の性能、例えば、十分な難燃性、電磁波シールド性等を有する放熱シート等とすることができると説明されている。しかし、各種電子、電気機器等の小型化、高性能化に伴い、半導体素子等が搭載された配線基板などの冷却に用いられるヒートシンク等を取り付けるための空間はより狭小になってきている。そのため、大きな空間を必要とせず、且つ配線基板等の周辺に熱が滞留することがなく、十分に冷却することができる放熱構造の開発が必要とされている。
【００１０】
本発明は、上記の従来の状況に鑑みてなされたものであり、発熱体において発生した熱を、発熱体に接触させたヒートシンク等により放熱させる（図２参照）のではなく、伝熱部材によって、熱を発熱体から面方向に離間した位置まで移動させ、拡散させて放熱させる（図１参照）放熱構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は以下のとおりである。
１．伝熱部材と、該伝熱部材に接触している発熱体及び放熱手段と、を備える放熱構造であって、上記伝熱部材は、上記発熱体が接触している吸熱部位と、上記放熱手段が接触している放熱部位と、該吸熱部位と該放熱部位との間の伝熱部位と、を有し、上記吸熱部位と上記放熱部位とは、上記伝熱部材の少なくとも面方向において離間して配置されており、上記伝熱部材は、少なくとも上記吸熱部位と上記放熱部位において、伝熱性エラストマー層と、金属又は無機物からなる伝熱性剛性体とが積層されて構成されていることを特徴とする放熱構造。
２．上記伝熱部位において、上記伝熱性エラストマー層と上記伝熱性剛性体とが積層されている上記１．に記載の放熱構造。
３．上記伝熱性剛性体の全面に上記伝熱性エラストマー層が積層されている上記１．に記載の放熱構造。
４．上記伝熱性剛性体は、上記吸熱部位、上記伝熱部位及び上記放熱部位に渡って連続している上記１．乃至３．のうちのいずれか１項に記載の放熱構造。
５．上記伝熱性エラストマー層と上記伝熱性剛性体とは、予め金型に配置された該伝熱性剛性体に、該金型内に充填された伝熱性エラストマーを用いてなる伝熱性エラストマー層が接合され、積層される上記１．乃至４．のうちのいずれか１項に記載の放熱構造。
６．上記伝熱性エラストマー層のタイプＣ硬さが５〜７０であり、且つ熱伝導率が０．６Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、上記伝熱性剛性体の熱伝導率が１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である上記１．乃至５．のうちのいずれか１項に記載の放熱構造。
７．上記伝熱部材の上記伝熱部位の外周面に断熱層が設けられている上記１．乃至６．のうちのいずれか１項に記載の放熱構造。
８．上記伝熱性剛性体の、上記伝熱性エラストマー層が積層されていない面に断熱層が設けられている上記７．に記載の放熱構造。
９．上記伝熱性エラストマー層の、上記伝熱性剛性体が積層されている面と反対側の面のうちの上記発熱体及び上記放熱手段が接触している面を除く面に断熱層が設けられている上記７．に記載の放熱構造。
１０．上記伝熱性エラストマー層を構成するエラストマーがスチレン系エラストマーである上記１．乃至９．のうちのいずれか１項に記載の放熱構造。
１１．上記伝熱性エラストマー層の上記発熱体との接触面が、該発熱体の該伝熱性エラストマー層との接触面の形状に対応した形状を有している上記１．乃至１０．のうちのいずれか1項に記載の放熱構造。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の放熱構造では、発熱体と放熱手段とが、伝熱部材の面方向において離間して配置されており、且つ伝熱部材は、伝熱性エラストマー層と伝熱性剛性体とが接合されて構成されている。従って、発熱体において発生した熱が、伝熱部材中を移動し、伝熱され、発熱体とは面方向に離間して配置された放熱手段から放熱される。そのため、発熱体である配線基板等の周辺の空間が狭小な各種電子、電気機器等であっても、十分に、且つ容易に放熱させ得る構造とすることができる。また、伝熱部位に可撓性を有する剛性体を用いることで、車両等の振動のあるところに用いても伝熱部材が振動に追従する。更に、伝熱部位に伝熱性エラストマー層や断熱層を設けることで伝熱部位に外部から熱が与えられたときでも悪影響を防ぐことができる。
また、伝熱部位において、伝熱性エラストマー層と伝熱性剛性体とが積層されている場合、及び伝熱性剛性体の全面に伝熱性エラストマー層が積層されている場合は、伝熱部材全体からの放熱が抑えられ、熱を放熱部位へと十分に移動させ、放熱させることができる。
更に、伝熱性剛性体は、吸熱部位、伝熱部位及び放熱部位に渡って連続している場合は、吸熱部位から放熱部位への熱伝導がより容易になり、熱伝導性が高い伝熱性剛性体間に熱抵抗となる界面が存在せず、熱がより移動、伝熱し易くなる。
また、伝熱性エラストマー層と上記伝熱性剛性体とは、予め金型に配置された該伝熱性剛性体に、該金型内に充填された伝熱性エラストマーを用いてなる伝熱性エラストマー層が接合され、積層される、所謂、インサート成形による場合は、各々の層を互いに十分に、且つ容易に密着させることができ、更には強固に接合させることができる。そのため、両層の界面における気泡の介在を抑え、熱抵抗を小さくすることができ、熱を十分に移動させ、伝熱させることができる。
更に、伝熱性エラストマー層のタイプＣ硬さが５〜７０であり、且つ熱伝導率が０．６Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、伝熱性剛性体の熱伝導率が１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である場合は、伝熱性エラストマー層に、発熱体及び放熱手段を十分に密着させることができ、熱を発熱体から十分に移動させ、拡散させることができ、効率よく放熱させることができる。
また、伝熱部材の伝熱部位の外周面に断熱層が設けられている場合は、伝熱部材の表面からの放熱を抑えることができ、より多くの熱を放熱手段に向けて移動させ、伝熱させることができ、より効率よく放熱させることができる。
更に、伝熱性剛性体の、伝熱性エラストマー層が接合されていない面に断熱層が設けられている場合は、伝熱性剛性体の表面からの放熱を抑えることができ、より多くの熱を放熱手段に向けて移動させ、伝熱させることができ、より効率よく放熱させることができる。
また、伝熱性エラストマー層の、伝熱性剛性体が接合されている面と反対側の面のうちの発熱体及び放熱手段が接触している面を除く面に断熱層が設けられている場合も、伝熱部材の表面からの放熱を抑えることができ、より効率よく放熱させることができる。
更に、伝熱性エラストマー層を構成する熱可塑性エラストマーがスチレン系エラストマーである場合は、より優れた柔軟性を有する成形体とすることができ、発熱体と伝熱部材とをより十分に密着させることができ、発熱体からの熱をより効率よく移動させ、伝熱させて、放熱させることができる。
また、伝熱性エラストマー層の発熱体との接触面が、発熱体の伝熱性エラストマー層との接触面の形状に対応した形状を有している場合は、発熱体の伝熱性エラストマー層と接触する面の形状によらず、発熱体と伝熱部材とを十分に密着させることができ、発熱体からの熱をより効率よく移動させ、伝熱させて、放熱させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】伝熱部材の一端部の一面側に発熱体が配置され、他端部の他面側に発熱体とは面方向に離間して放熱手段が配置されている本発明の放熱構造の一例の模式的な斜視図である。
【図２】発熱体とヒートシンクとが伝熱シートを介して厚さ方向に積層されている従来の放熱構造の一例の模式的な斜視図である。
【図３】発熱体との接触面が、発熱体の表面の形状に対応した形状を有している伝熱部材と、その一面側に配置された発熱体と、他面側に配置されたヒートシンクと、の積層体の模式的な断面図である。
【図４】発熱体との接触面が平坦面である伝熱部材と、その一面側に配置された発熱体と、他面側に配置されたヒートシンクと、の積層体の模式的な断面図である。
【図５】伝熱部材の一端部の、一面側に発熱体が配置され、他面側にヒートシンクが配置され、他端部の一面側の温度を測定し、熱の移動、拡散の性能を評価するための試験体の斜視図である。
【図６】伝熱部材の一端部の一面側に発熱体が配置され、伝熱部材の一面側の一部及び他面側の全面に断熱材が接合され、伝熱部材の他端部の一面側の温度を測定し、熱の移動、拡散の性能を評価するための試験体の斜視図である。
【図７】伝熱性能を評価するための試験体に用いた、伝熱部材ではなく、伝熱性エラストマー層のみの幅方向の模式的な断面図である。
【図８】伝熱性能を評価するための試験体に用いた、伝熱性剛性体の両面に伝熱性エラストマー層が設けられた伝熱部材の幅方向の模式的な断面図である。
【図９】図８の伝熱部材の両面に断熱層が設けられた積層体の幅方向の模式的な断面図である。
【図１０】図９の伝熱部材の一方のエラストマー層が伝熱性を有さない成形体に置き換えられた積層体の幅方向の模式的な断面図である。
【図１１】伝熱性剛性シートの両面に、伝熱性エラストマー成形体が積層され、接触している積層体の幅方向の模式的な断面図である。
【図１２】伝熱性剛性シートの両面に、伝熱性エラストマー成形体が積層され、伝熱性エラストマー成形体の表面に、断熱層が積層されている積層体の幅方向の模式的な断面図である。
【図１３】伝熱性剛性シートの一面側に、伝熱性エラストマー成形体が積層され、且つ他面側に伝熱性を有さないエラストマー成形体が積層され、各々のエラストマー成形体の表面に、断熱層が積層されている積層体の幅方向の模式的な断面図である。
【図１４】伝熱性剛性体の一面側に、表面が平滑な伝熱性エラストマー層が設けられ、且つ他面側に発熱体の表面形状に対応した形状を有する伝熱性エラストマー層が設けられている伝熱部材の幅方向の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を図面を参照しながら詳しく説明する。
本発明の放熱構造は、伝熱部材１と、この伝熱部材１に接触している発熱体２及び放熱手段３１と、を備え、発熱体２と放熱手段３１とは、伝熱部材１の面方向において離間して配置されており、伝熱部材１は、伝熱性エラストマー層１１と伝熱性剛性体１２とが積層されて構成されている（図１、３及び４参照）。
【００１５】
（１）伝熱部材
上記「伝熱部材」は、伝熱性エラストマー層と伝熱性剛性体とが積層されて構成されてなる。伝熱性エラストマー層は、伝熱性剛性体の両面に積層されていてもよく、片面のみに積層されていてもよい。但し、伝熱部材に発熱体及び放熱手段が接触している面は、伝熱性エラストマー層により構成されている必要がある。また、この伝熱部材は、発熱体が接触している上記「吸熱部位」と、放熱手段が接触している上記「放熱部位」と、吸熱部位と放熱部位との間の上記「伝熱部位」とを有し、吸熱部位から放熱部位へと伝熱がなされる。
【００１６】
上記「伝熱性エラストマー層」は、熱伝導性充填材を含有するエラストマー組成物を用いて所定形状に成形されてなる層である。その形状は、発熱体と放熱手段とを面方向に離間させて接触させることができる限り、特に限定されないが、通常、シート状であり、平面形状は長方形等の長尺状であることが多い。また、伝熱性エラストマー層は、熱を移動させ、拡散させるための十分な熱伝導性を有するとともに、発熱体及び放熱手段を十分に密着させるための柔軟性を有する必要がある。そのため、タイプＣ硬さが５〜７０、特に５〜４０であり、熱伝導率が０．６Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に０．９Ｗ／ｍ・Ｋ以上（通常、２５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下）であることが好ましい。
【００１７】
伝熱性エラストマー層１１の発熱体２と接触する面は、平滑であってもよいが（図４参照）、発熱体２との接触面が、この発熱体２の伝熱性エラストマー層１１との接触面の形状に対応した形状を有していることが好ましい（図３、１４参照）。このように一方の接触面が他方の接触面に対応した形状であれば、伝熱性エラストマー層１１と発熱体２とを、より十分に密着させることができ、より効率よく放熱させることができる。更に、伝熱性エラストマー層の放熱手段と接触する面も、平滑であってもよいが、同様に一方の接触面が他方の接触面に対応した形状であることが好ましい。これによって、伝熱効率をより向上させることができる。
【００１８】
エラストマーは高分子弾性体であり、このエラストマーは特に限定されず、熱硬化性エラストマー、熱可塑性エラストマー、部分架橋型エラストマーのいずれも用いることができる。このエラストマーとしては、例えば、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、シリコーン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー等が挙げられる。エラストマーは１種のみ用いてもよく、２種以上を併用してもよい。エラストマーとしては、優れた柔軟性を有する伝熱性エラストマー層とすることができるスチレン系エラストマーが好ましい。
【００１９】
スチレン系エラストマーは スチレンブロックを両末端に有するブロック共重合体であり、中間部には、ブタジエンブロック、イソプレンブロック、オレフィンブロック（エチレンブロック／ブチレンブロック、エチレンブロック／プロピレンブロック、エチレン・エチレンブロック／プロピレンブロック等）などを有する。スチレン系エラストマーは１種のみ用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、水素化され、二重結合を有さない、又は少なくとも二重結合が少ないスチレン系エラストマーを用いることもできる。この場合、より優れた耐熱性及び耐候性等を有する伝熱性エラストマー層とすることができる。
【００２０】
熱伝導性充填材も特に限定されず、各種のセラミック及び金属からなる充填材を用いることができる。セラミックとしては、アルミナ、マグネシア、シリカ等の酸化物、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物、炭化ケイ素等の炭化物などが挙げられる。また、金属としては、銀、銅、金、錫、鉄、アルミニウム、マグネシウム等が挙げられ、２種以上の金属を有する合金を用いることもできる。熱伝導性充填材は１種のみ用いてもよく、２種以上を併用してもよく、セラミックからなる充填材と金属からなる充填材とを併用してもよい。熱伝導性充填材としては、優れた熱伝導性を有するアルミナ、マグネシア、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素等からなる充填材が好ましく、安価なアルミナ充填材、マグネシア充填材がより好ましい。更に、アルミナは硬く、マグネシアは柔らかいため、充填材は、発熱体及びヒートシンク等の放熱手段などの接触する相手材の摩耗等も考慮して選定することが好ましい。
【００２１】
熱伝導性充填材の形状も特に限定されず、球状、繊維状、針状、鱗片状等であればよい。この形状は球状であることが好ましく、従って、充填材としては、球状アルミナ、球状マグネシアが特に好ましい。また、充填材の寸法も特に限定されないが、過小であると配合時等に取り扱い難く、過大であると伝熱部材の強度及び外観等が低下することがある。従って、充填材の寸法は、その最大径が２〜８０μｍ、特に３〜５０μｍであることが好ましい。
【００２２】
更に、熱伝導性充填材の増加とともに伝熱部材が硬くなり、発熱体及び放熱手段との密着性が低下することがある。一方、充填材の減少とともに伝熱部材の熱伝導性が低下し、熱を十分に移動させ、拡散させることができないことがある。そのため、熱伝導性充填材の含有量は、伝熱部材の硬さと熱伝導性とを勘案して設定することが好ましい。その含有量は、エラストマーを１００質量部としたときに、４００〜２０００質量部とすることができ、８００〜１８００質量部、特に１０００〜１５００質量部であることが好ましい。充填材の含有量が過少であると、熱伝導性を向上させるための作用効果が十分に奏されない。一方、含有量が過多であると、エラストマー層が硬くなって密着性が低下し、却って、熱伝導性が低下することがある。
【００２３】
伝熱性エラストマー層を形成するための熱伝導性充填材を含有するエラストマー組成物には、各種オイル、及び可塑剤を配合することもできる。エラストマーがスチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマーである場合は、オイルとしては、パラフィン系オイルが好ましい。このパラフィン系オイルとしては、流動パラフィン、パラフィン系プロセスオイル、及びこれらの混合オイル等が挙げられる。パラフィン系オイルは、スチレン系エラストマー及びオレフィン系エラストマーとの相溶性が良好であり、エラストマー層の形成時に、組成物が成形機の内面等に付着するのを防止することができ、且つ組成物が適度に軟質化され、成形性を向上させることができる。また、相溶性が良好であるため、経時とともに伝熱性エラストマー層の表面にブリードアウトすることもない。
【００２４】
パラフィン系オイルを配合する場合、その配合量は、エラストマーを１００質量部としたときに、５０〜６００質量部とすることができ、１００〜５００質量部、特に１００〜３００質量部であることが好ましい。配合量が過少であると、成形性向上の作用効果が十分に奏されない。一方、配合量が過多であると、却って、成形性が低下することがある。
【００２５】
上記「伝熱性剛性体」は、優れた熱伝導性を有する各種の材料を用いて形成することができる。その熱伝導率は特に限定されないが、１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上（通常、２０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下）であることが好ましい。この伝熱性剛性体を構成する材料としては、アルミニウム、銅、鉄等の各種金属及びグラファイトなどが挙げられる。また、伝熱性剛性体は、吸熱部位、伝熱部位及び放熱部位に渡って連続していることが好ましい。これにより、吸熱部位から放熱部位への熱伝導がより容易になり、熱抵抗となる界面が存在しないため、熱がより移動、伝熱し易くなる。更に、放熱部材の吸熱部位と放熱部位に対応する位置では、伝熱性エラストマー層との接触面積を増大させることを目的として、伝熱性剛性体にエンボス加工等の表面処理を施すこともできる。また、伝熱性剛性体としては、優れた熱伝導性を有し、且つ柔軟であって、伝熱部材を立体的に成形したときに、変形に容易に追随し、破損することのない、又は少なくとも破損し難いアルミニウムシート及び銅シートを用いることが好ましい。この伝熱性剛性体の厚さも特に限定されず、熱を十分に移動させ、拡散させることができ、且つ容易に破損することがなければよい。伝熱性剛性体の厚さは５〜５００μｍ、特に５０〜３００μｍとすることができ、例えば、アルミニウムシートを用いる場合、伝熱性剛性体の厚さは１００〜３００μｍ、特に１５０〜２５０μｍとすることができる。
【００２６】
伝熱部材の成形方法も特に限定されず、伝熱性エラストマー層と伝熱性剛性体とを、十分に密着させることができ、接合させることができればよい。この成形方法としては、伝熱性剛性体となる金属シート等の存在下に、熱伝導性充填材が配合されたエラストマー組成物を用いて伝熱性エラストマー層を形成する方法が挙げられる。また、伝熱性エラストマー層となるエラストマー成形体を予め形成しておき、この成形体と伝熱性剛性体となる金属シート等とを、接着剤などを用いて接合する方法が挙げられる。これらの方法のうちでは、金属シート等の存在下に、伝熱性エラストマー層を成形する方法が好ましい。この成形方法としては、例えば、射出成形法が挙げられ、金属シート等を金型に配置し、その後、エラストマー原料を供給し、成形し、次いで、冷却し、脱型する、所謂、インサート成形により、伝熱部材とすることができる。尚、後記の実施例では、インサート成形は射出成形としたが、注入成形、圧縮成形等であってもよい。
【００２７】
伝熱部材１には、発熱体２と放熱手段３１とが、伝熱部材１の面方向において離間して配置されている（図１参照）。発熱体２と放熱手段３１とは、伝熱部材１の同じ面に配置されていてもよく、異なる面に配置されていてもよい（図１参照）。また、発熱体２及び放熱手段３１が配置される位置は、これらが伝熱部材１の面方向において離間している限り、特に限定されないが、放熱構造全体をより小型化するためには、一方を伝熱部材１の一端部に、他方を他端部に配置することが好ましい（図１参照）。
【００２８】
上記「発熱体」としては、電子、電気機器等に配設された半導体素子が搭載された配線基板などが挙げられる。より具体的には、例えば、自動車エンジン制御用マイクロコンピューターユニット、パワーステアリング用及びエアーバッグ用等の自動車用デバイス制御用マイクロコンピューターユニットなどの車両用、並びにパーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、携帯電話等の小型化、高性能化が著しい電子機器などに配設された配線基板等が挙げられる。
【００２９】
また、上記「放熱手段」としては、ヒートシンク等が挙げられる。このヒートシンクは、通常、高い熱伝導率を有するアルミニウム、銅等の金属を用いて形成され、熱抵抗を小さくするため、表面積が大きくなるような形状に成形されることが多い。本発明の放熱構造では、ヒートシンク等の放熱手段が面方向において発熱体から離間して配置されているため、発熱体において発生した熱が周辺に滞留することがなく、極めて効率よく、且つ十分に放熱することができる。また、自然冷却のみでは放熱性能が十分でない場合は、冷却用ファン等を併用して強制的に空気の移動量を増加させ、放熱性能を向上させることもできる。
【００３０】
伝熱部材１は、十分な熱伝導性を有し、熱を容易に移動させ、拡散させることができるが、伝熱部材１の表面からの放熱を抑え、より多くの熱を発熱体２から放熱手段３１へと移動させ、拡散させることがより好ましい。この伝熱部材１の表面からの放熱は、伝熱部材１の表面に断熱層１３を設けることにより効率的に抑えることができる（図９、１０参照）。断熱層１３を設けるための断熱材は特に限定されないが、例えば、ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド等の各種の樹脂を用いてなる樹脂シート、セラミック繊維等を用いてなる無機繊維シート、天然繊維、合成樹脂繊維を用いてなる繊維シート等を使用することができる。更に、樹脂シートは発泡体であってもよく、発泡体は独泡型でもよく、連泡型でもよいが、断熱性の高い独泡型が好ましい。また、これらのシートを複層にして用いることもできる。
【００３１】
上記のように断熱層を設ける場合、断熱層は、伝熱部材の表面のうちの少なくとも一部に設けられておればよいが、表面からの放熱を抑えるという観点では、より多くの部分に断熱層が設けられていることが好ましい。より具体的には、断熱層は、伝熱性剛性体の、伝熱性エラストマー層が接合されていない面に設けることができる。この場合、発熱体及び放熱手段が接触している伝熱性エラストマー層が設けられた部分を除く他部の少なくとも一部に断熱層が設けられておればよく、他部の全面に断熱層が設けられていることが好ましい。
【００３２】
また、断熱層は、伝熱性エラストマー層の、伝熱性剛性体が接合されている面と反対側の面のうちの発熱体及び放熱手段が接触している面を除く面に設けることができる。この場合、断熱層は、発熱体及び放熱手段が接触する部分を除く他部の少なくとも一部に設けられていてもよく、他部の全面に設けられていてもよい。更に、この態様では、断熱層が設けられていなくても、熱伝導性がより高い伝熱性剛性体の表面が露出することがない、又は少なくとも露出することが少ないため、必ずしも他部の全面に断熱層を設ける必要はないが、放熱性能をより向上させるためには、他部の全面に断熱層が設けられていることが好ましい。
【００３３】
伝熱部材に断熱層を設ける方法も特に限定されず、伝熱部材に断熱層を十分に密着させることができ、接合させることができればよい。この成形方法としては、断熱層が発泡体でない場合は、伝熱性剛性体となる金属シート等の存在下に、熱伝導性充填材が配合されたエラストマー組成物を用いて伝熱性エラストマー層を形成するとともに、断熱層を設けるための原料を用いて断熱層を一体に同時に成形する方法が挙げられる。また、伝熱部材と断熱層用成形体（発泡体でもよく、非発泡体であってもよい。）とを予め成形し、これらを接着剤等を用いて接合する方法が挙げられる。一体に同時に成形する方法としては、例えば、射出成形法が挙げられ、伝熱性剛性体となる金属シート等を金型に配置し、その後、エラストマー組成物を供給し、次いで、断熱層を設けるための原料を供給し、成形し、次いで、冷却し、脱型することにより、非発泡体からなる断熱層を有する伝熱部材とすることができる。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例１〜５及び比較例１〜５
実施例１〜５及び比較例１〜２、４では、射出成形機の金型内に、長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ２００μｍのアルミニウムシート（東洋アルミニウム社製、伝熱性剛性体１２となる。熱伝導率；２２１．９Ｗ／ｍ・Ｋ）を配置させ、その後、表１に記載の組成のエラストマー組成物を供給して成形し、次いで、冷却し、脱型して、アルミニウムシートの両面にエラストマー層（熱伝導性充填材が含有されているエラストマー層Ａ〜Ｃでは伝熱性エラストマー層１１となる。充填材が含有されていないエラストマー層Ｄは、以下、「伝熱性を有さないエラストマー層」という。）を形成し、伝熱部材１を作製した（図８参照）。アルミニウムシートの両面の各々の伝熱性エラストマー層１１（比較例４では伝熱性を有さないエラストマー層）の厚さは６５０μｍであり、この伝熱部材１の厚さは約１．５ｍｍであった。これらの伝熱部材のうち、実施例１〜５における伝熱部材に、発熱体と放熱手段とが面方向に離間して配置されて本発明の放熱構造が形成される。
【００３５】
尚、伝熱性剛性体として、実施例３では銅シート（長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ２００μｍ、熱伝導率４０１Ｗ／ｍ・Ｋ）、実施例４ではグラファイトシート（長さ６０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ２５０μｍ、面方向熱伝導率４００Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さ方向熱伝導率３Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いた。また、エラストマーとしては、スチレン系エラストマー（クラレ社製、商品名「Ｓ８００７」）を使用し、熱伝導性充填材としては、アルミナ粉末（昭和電工社製、商品名「ＡＬ−４５−Ｈ」）を用いた。更に、伝熱性エラストマー層１１及び伝熱性を有さないエラストマー層の熱伝導率を、非定常法の測定機である迅速熱伝導率計（京都電子工業社製、型式「ＱＴＭ−５００」）を用いて測定し、タイプＣ硬さをＪＩＳ  Ｋ  ７３１２に準拠して測定した。結果を表１に併記する。
【００３６】
更に、比較例３では、伝熱性剛性シート１２’（アルミニウムシート）の両面に、上記のエラストマー組成物を用いて予め成形した厚さ６５０μｍの伝熱性エラストマー成形体１１’を重ね合わせ、単にエラストマーの粘着力によって貼り合わせて伝熱部材１’（図１１参照）を作製した。また、比較例５では、エラストマー層に代えて熱伝導性グリース（コスモ石油ルブリカンツ社製、商品名「コスモサーマルグリース  ＳＦ３０３」）を厚さが１００μｍとなるように塗布し、厚さが約０．４ｍｍの伝熱部材を作製した。また、熱伝導性グリース層の熱伝導率を上記の装置を用いて同様にして測定した。結果を表１に併記する。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
上記のようにして作製した伝熱部材１等の一端部の一面側に、縦１０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの有限会社トップテクノ社製の発熱体２を接触させ、他面側の発熱体２に対応する位置にアルミニウム製のヒートシンク３２を接触させた。その後、発熱体２に常時７Ｖの電圧を印加し（熱の移動がなければ発熱体の温度は１００℃になる。）、伝熱部材１等の発熱体２が接触している面と同一面の他端部の幅方向の中間点において、発熱体２の中心点から５０ｍｍ離れた位置（測定部Ｂ、図５参照）の温度を測定した。更に、発熱体２の中心点（測定部Ａ、図５参照）の温度を測定した。各々の温度は、表面に熱電対（株式会社チノー製、商品名「Ｋ熱電対」）を粘着テープにより貼り付けることで測定した。また、伝熱部材１等を幅１０ｍｍ、長さ５０ｍｍの短冊状にカットし、長さ方向を上下方向として、１２０℃に調温されたオーブン中で１０分間垂下させたときの外観の変化（構成部材の垂れ具合）を目視で観察し、エラストマー層及びグリース層の耐熱性を評価した。結果は表２のとおりである。
【００３９】
【表２】
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【００４０】
尚、表２におけるエラストマー層等の欄の「Ｇｒｓ」は熱伝導性グリース、伝熱性剛性体の欄の「Ａｌ」はアルミニウム、「Ｃｕ」は銅、「Ｇｒｔ」はグラファイトを意味する。また、伝熱部材の構造の欄の「ａ」は伝熱性エラストマー層１１のみ（図７参照）、「ｂ」は伝熱性剛性体１２の両面に伝熱性エラストマー層１１が設けられた積層体（図８参照）、「ｂ’」は両面のエラストマー層が伝熱性を有さないことを除いて「ｂ」と同様の構造の積層体、「ｄ」は伝熱性剛性シート１２’の両面に予め成形された伝熱性エラストマー成形体１１’が貼り合わされた積層体（図１１参照）、「ｆ」は伝熱性剛性体１２の両面に伝熱性エラストマー層１１が設けられ、且つ伝熱性エラストマー層１１の発熱体と接触する面が発熱体の表面形状に対応する形状を有している積層体（図１４参照）である。
【００４１】
表２の結果によれば、実施例１、２における伝熱部材は、ともに十分に優れた伝熱性を有していることが分かる。また、Ｃ硬さが低く、密着性に優れるエラストマー層を有する実施例１では、実施例２と比べて熱伝導率が低いにもかかわらず、伝熱性能により優れている（測定部Ａの温度が低く、測定部Ｂの温度が高い。）。更に、伝熱性剛性体として銅を用いた実施例３、グラファイトを用いた実施例４では、アルミニウムを用いた実施例１と比べて、より優れた伝熱性を有している。また、より密着性に優れるエラストマー層を用いた実施例５では、測定部Ａの温度がより低く、より多くの熱が面方向に伝熱していることが分かる。
【００４２】
一方、伝熱性剛性体がない比較例１、及び伝熱性を有さないエラストマー層を有する比較例４では、ほとんど伝熱していない。また、充填材が過多であり、Ｃ硬さが高いエラストマー層を有する比較例２、及び伝熱性剛性シートとエラストマー成形体とを貼り合わせた比較例３では、伝熱性は少し向上するが、十分ではない。更に、エラストマー層ではなく熱伝導性グリース層を有する比較例５では、伝熱性は十分に向上するものの、耐熱性の評価においてグリース層の垂れが観察され、耐熱性が劣っていることが分かる。
【００４３】
実施例６〜８及び比較例６〜１０
エラストマー層及び伝熱部材の構造を表３のようにし、且つ実施例８を除いて、エラストマー層（伝熱性を有さないエラストマー層のこともある。）の表面に断熱層を設けたことを除いて、実施例１等と同様にして伝熱部材を作製した。断熱層は、ウレタン原料を用いて予め成形した発泡シート［イノアックコーポレーション社製、商品名「ＥＣＳ」（厚さ；２ｍｍ）を所定厚さに圧縮して用いた。］を重ね合わせ、エラストマー層の表面に発泡シートをプレス機によって圧縮して貼り合わせて形成した。伝熱部材の厚さは伝熱性剛性体も含めて１．４ｍｍであった。また、実施例６〜８における伝熱部材に、発熱体と放熱手段とが面方向に離間して配置されて本発明の放熱構造が形成される。
【００４４】
上記のようにして作製した伝熱部材１の一端部の一面側に、前記の発熱体２を接触させ、その後、発熱体２に常時７Ｖの電圧を印加し（熱の移動がなければ発熱体の温度は１００℃になる。）、伝熱部材１の発熱体２が接触している面と同一面の他端部（この他端部の端面から１０ｍｍの領域には断熱層１３が設けられていない。）の幅方向の中間点において、発熱体２の中心点から５０ｍｍ離れた位置（測定部ｃ、図６参照）の温度を測定した。更に、発熱体２の中心点（測定部ａ、図６参照）の温度、及び発熱体２が配設された面と反対面の伝熱性エラストマー層１１（伝熱性を有さないエラストマー１１１のこともある。）と断熱層１３との接触面（断熱層が設けられていない実施例８では、伝熱性エラストマー層１１の表面）における発熱体２の中心点に対応する位置（測定部ｂ、図６参照）の温度を前記と同様にして測定した。結果は表３のとおりである。
【００４５】
【表３】
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【００４６】
尚、表３におけるエラストマー層の欄の「Ａ／Ｄ」及び「Ｃ／Ｄ」は、伝熱性剛性体の一面に伝熱性エラストマー層が積層され、他面に伝熱性を有さないエラストマー層が積層されていることを意味する。また、伝熱性剛性体の欄の「Ａｌ」はアルミニウムを意味する。更に、伝熱部材の構造の欄の「ｃ−１」は伝熱部材１の両面に断熱層１３が設けられた積層体（図９参照）、「ｃ−２」は一方のエラストマー層１１１が伝熱性を有さないことを除いて「ｃ−１」と同構造の積層体（図１０参照）、「ｃ’」は両面のエラストマー層が伝熱性を有さないことを除いて「ｃ−１」と同様の構造の積層体、「ｅ−１」は各々の層が接合ではなく、貼り合わされていることを除いて「ｃ−１」と同構造の積層体（図１２参照）、「ｅ−２」は各々の層が接合ではなく、貼り合わされていることを除いて「ｃ−２」と同構造の積層体（図１３参照）である。
【００４７】
表３の結果によれば、エラストマー層の表面に断熱層が設けられた実施例６では、厚さ方向への伝熱は抑えられ、面方向への伝熱性能は十分である。また、発熱体が配置されていない側のエラストマー層が伝熱性でない実施例７では、厚さ方向への伝熱はより抑えられ、面方向への伝熱性はより向上している。更に、実施例１と同じ構成の実施例８では、断熱層がないため、厚さ方向への伝熱が多くなり、面方向への伝熱性が少し低下するが、実用上、問題のない性能を有していることが分かる。
【００４８】
一方、充填材が過多であり、Ｃ硬さが高いエラストマー層を有する比較例６、及び伝熱性剛性シート、エラストマー成形体及び断熱シート（発泡シート）を貼り合わせた比較例７、はそれぞれ実施例６と比べて厚さ方向への伝熱性が高く、且つ発熱体そのものの温度が高く、結果として伝熱性が想到に低下している。また、伝熱性を有さないエラストマー層を有し、伝熱性剛性体、エラストマー層及び断熱層を積層させた比較例８では、厚さ方向及び面方向の伝熱性ともに極めて劣っている。更に、実施例７と同様の構造であるものの、充填材が過多であり、Ｃ硬さが高いエラストマー層を有する比較例９、及び伝熱性剛性シート、エラストマー成形体及び断熱シート（発泡シート）を貼り合わせた比較例１０では、比較例８と比べて、伝熱性は少し向上するものの、十分ではないことが分かる。
尚、実施例４を除いて、伝熱部材の中間点を支点に９０°折り曲げた後に使用しても性能に変化がなかった。実施例４では、伝熱性剛性体として用いたグラファイトが折れてしまった。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、車載用コンピュータ、パーソナルコンピュータ等に代表される各種電子、電気機器に配設された半導体素子等が搭載されている配線基板などの、放熱が必要とされる製品に係る技術分野において利用することができる。また、本発明では、発熱体から離間した位置で放熱させることができるため、小型化、高性能化に伴い、発熱がより大きな問題になる一方で、放熱手段を配置するための空間がより狭小になってきている各種電子、電気機器の放熱において特に有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１、１’；伝熱部材、１１；伝熱性エラストマー層、１１’；伝熱性エラストマー成形体、１１１；伝熱性を有さないエラストマー層、１２；伝熱性剛性体、１２’；伝熱性剛性シート、１３；断熱層、２；発熱体、３１；放熱手段、３２；ヒートシンク、４；空気層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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