(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径０．３〜１０ｍｍのセラミックボール（Ａ）とセラミックボール（Ａ）の表面を被覆する熱伝導フィラーを５０重量％以上の高濃度に含有され熱硬化した被膜用液状熱伝導性樹脂（Ｂ）とを備え、
セラミックボール（Ａ）を連結することで形成される熱流路は、セラミックボール（Ａ）同士の点接触に加え、同点接触部分における被膜用液状熱伝導性樹脂（Ｂ）の貯留によって高濃度熱伝導フィラーが液状樹脂で凝縮固化された断面の大きい熱伝導パスである太い熱流路が形成されたことを特徴とする熱伝導構造。
【請求項２】
セラミックボール（Ａ）の熱伝導率が１Ｗ／ｍｋ以上であることを特徴とする請求項１記載の熱伝導構造。
【請求項３】
熱伝導構造に占めるセラミックボール（Ａ）の実績率が２０容量％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の熱伝導構造。
【請求項４】
セラミックボール（Ａ）と被膜用液状熱伝導性樹脂（Ｂ）とからなる熱伝導構造の空隙部分を充填材（Ｃ）で充填したことを特徴とする請求項１，２又は３記載の熱伝導構造。
【請求項５】
充填材（Ｃ）を１Ｗ／ｍｋ以上の熱伝導性樹脂としたことを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の熱伝導構造。
【請求項６】
請求項１記載の熱伝導構造の製造方法であって、
セラミックボール（Ａ）の表面に熱伝導フィラーを５０重量％以上の高濃度に含有された被膜用液状熱伝導性樹脂（Ｂ）を流動させて被膜する工程（ａ）と、
被膜されたセラミックボール（Ａ）同士を接触させる工程（ｂ）と、
被膜用液状熱伝導性樹脂（Ｂ）のセラミックボール（Ａ）同士の点接触部分への貯留を待って被膜用液状熱伝導性樹脂（Ｂ）を硬化させる工程（ｃ）と、を備えて、
当該貯留によって高濃度熱伝導フィラーが液状樹脂で凝縮固化された断面の大きい熱伝導パスである太い熱流路が形成されたことを特徴とする熱伝導構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、セラミックボールを用いた熱伝導構造およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セラミックボールを用いた熱伝導構造については、特許文献１に開示されたものがある。特許文献１では、開口面に蓋２が被着されるケース１内にプリント基板３を収納する電気機器において、プリント基板３とケース１の底面との間に略球状で熱伝導率の高い絶縁性のセラミックボール８を満たし、少なくともプリント基板３とケース１の底面との間に比較的に硬度の小さい樹脂を充填材７として充填してなる熱伝導構造が開示されている（符号は特許文献１の図面に記載のもの）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２２６４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された熱伝導構造にあっては以下のような課題を有していた。
（１）満たされたセラミックボールが熱伝導パスになるが、セラミックボールどうしの接触が点接触であるために、当該接触部分における熱流路が細く、そのため有効な熱伝導効果を得られない。
（２）かりにセラミックボール以外の隙間に熱伝導性樹脂（例えば、１５０ミクロン以下の微細な熱伝導フィラーを配合した熱伝導性液状樹脂）を充填したとしても、そのような熱伝導性樹脂の熱伝導率は０．１〜０．５Ｗ／ｍｋ程度と小さいため、結局構造全体の熱伝導はセラミックボールどうしの点接触に依存することになり、有効な熱伝導効果を得られない。
【０００５】
そこで、本願発明者は上記課題を解決すべく、セラミックボールの点接触による熱流路を如何にして太くして、より多くの熱を伝える構造とするか、そして、それを工業的に実現するには如何に製造するかを目的に、本願発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための第１の発明は、直径０．３〜１０ｍｍ（好ましくは直径０．５〜５ｍｍ）のセラミックボール（Ａ）とセラミックボール（Ａ）の表面を被覆する被膜用液状熱伝導性樹脂（Ｂ）とを備え、セラミックボール（Ａ）を連結することで形成される熱流路は、セラミックボール（Ａ）同士の点接触に加え、同点接触部分における被膜用液状熱伝導性樹脂（Ｂ）の貯留によって断面の大きい熱流路が形成されたことを特徴とするものである。
第２の発明は、セラミックボール（Ａ）の熱伝導率が１Ｗ／ｍｋ以上（好ましくは１５Ｗ／ｍｋ以上）であることを特徴とする同熱伝導構造である。
第３の発明は、熱伝導構造に占めるセラミックボール（Ａ）の実績率が２０容量％以上（好ましくは５０容量％以上）であることを特徴とする同熱伝導構造である。
第４の発明は、セラミックボール（Ａ）と被膜用液状熱伝導性樹脂（Ｂ）とからなる熱伝導構造の空隙部分を充填材（Ｃ）で充填したことを特徴とする同熱伝導構造である。
第５の発明は、充填材（Ｃ）を１Ｗ／ｍｋ以上の熱伝導性樹脂としたことを特徴とする同熱伝導構造である。
【０００７】
第６の発明は、第１の発明に係る熱伝導構造の製造方法であって、セラミックボール（Ａ）の表面に被膜用液状熱伝導性樹脂（Ｂ）を流動させて被膜する工程（ａ）と、被膜されたセラミックボール（Ａ）同士を接触させる工程（ｂ）と、被膜用液状熱伝導性樹脂（Ｂ）のセラミックボール（Ａ）同士の点接触部分への貯留を待って被膜用液状熱伝導性樹脂（Ｂ）を硬化させる工程（ｃ）と、を備えたことを特徴とするものである。
第７の発明は、セラミックボール（Ａ）と被膜用液状熱伝導性樹脂（Ｂ）とからなる熱伝導構造の空隙部分に充填材（Ｃ）を充填し、これを硬化させる工程（ｄ）を備えたことを特徴とする同熱伝導構造の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本願発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）セラミックボール（Ａ）同士の点接触の他に、同点接触部分におけるセラミックボール（Ａ）の表面を被膜する熱伝導フィラーの配合された被膜用液状熱伝導性樹脂（Ｂ）の貯留があることで、熱伝導構造としてより太い熱流路を形成することができる。その結果、熱伝導構造として有効な熱伝導効果を得ることができる。
（２）セラミックボール（Ａ）を連結した熱流路よりなる熱伝導構造であるので、軽量で使い勝手のよい熱伝導構造を提供できる。
（３）セラミックボール（Ａ）と被膜用液状熱伝導性樹脂（Ｂ）で構成される熱伝導構造の空隙部分を充填材（Ｃ）で充填することで、熱伝導構造の強度を高めることができる。
（４）セラミックボール（Ａ）と被膜用液状熱伝導性樹脂（Ｂ）で構成される熱伝導構造の空隙部分を充填材（Ｃ）で充填することで、さらに熱伝導構造の熱伝導率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】セラミックボールによる熱伝導パスを示す説明図。
【図２】本願発明に係る熱伝導構造を示す説明図。
【図３】本願発明に係る熱伝導構造の製造方法を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、セラミックボールによる熱流路を示す説明図である。図１に示すように、本願発明の熱流路１０は、セラミックボール２０同士を接触させて連結することによって形成されたものである。そして、セラミックボール２０とセラミックボール２０の接触する接触部分には、セラミックボール２０同士の接触（点接触）３０に加え、同点接触部分におけるセラミックボール２０の表面を被膜する熱伝導フィラーの配合された被膜用熱伝導性液状樹脂４０の貯留４１が加わる。これによって、セラミックボールによる熱流路１０は、セラミックボール２０とセラミックボール２０の接触する接触部分が点接触から３次元的に太い接触となり、熱流路１０を大幅に増大することができる。
【００１１】
ここで、熱流路１０を構成するセラミックボール２０は、直径０．３〜１０ｍｍ、好ましくは直径０．５〜５ｍｍの比較的大型のセラミックボールを使用するものである。その理由は、従来このような比較的大型のセラミックボール２０は、機械部品，電子部品，医療部品，宇宙原子力部品等に幅広く利用されているが、本願発明のような熱伝導構造として利用されることはなく、当該セラミックボール２０の新たな利用価値を提供することにある。また、セラミックボール２０は、セラミックボールの熱伝導率が１Ｗ／ｍｋ以上、好ましくは１５Ｗ／ｍｋ以上であればよい。このようなセラミックボールとしては、例えば、アルミナボール（Ａｌ２Ｏ３），ジルコニアボール（ＺｒＯ２），窒化ケイ素ボール（Ｓｉ３Ｎ４），炭化ケイ素ボール（ＳｉＣ）、シリカボール（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などが挙げられるが、熱伝導率やコスト等からアルミナボール（Ａｌ２Ｏ３）が好適である。また、本願発明による熱伝導構造において電気絶縁性を特段に要求しない場合には、鉄・アルミニウム・銅やそれらの合金によるボールの表面を酸化膜や絶縁性塗膜等によって絶縁処理したものを用いることもできる。しかしながら、これらの金属製ボールは万一絶縁膜が損傷した場合に電気的短絡を起こす可能性があるため、好ましくない。
【００１２】
また、セラミックボール２０の表面を被膜する被膜用液状熱伝導性樹脂４０は、例えば、粒径０．１〜５００ミクロン程度の熱伝導性フィラー（アルミナ等）を５０重量％以上、好ましくは８０重量％以上の高濃度に含有させた液状樹脂（エポキシ樹脂等）であり、その理想的な熱伝導率は４〜１０Ｗ／ｍｋ程度のものが好適に用いられる。このような被膜用液状熱伝導性樹脂４０同士がセラミックボール２０とセラミックボール２０の接触する点接触部分に貯留し熱硬化（結合）することで、そこには高濃度熱伝導フィラーが液状樹脂で凝縮固化されたような「新たな熱流路」（符号４１）ができるのである。
【００１３】
図２は、本願発明に係る熱伝導構造を示す説明図である。図２に示すように、本願発明に係る熱伝導構造１は、図１に示した熱流路１０を形成することによって成り立っている。単にセラミックボール２０とセラミックボール２０が点接触している熱流路に比較して、本願発明の熱流路１０は「新たな熱流路」（符号４１）を有することで熱流路を大幅に増大することができて、熱伝導構造としてより多くの熱を伝えることができる（有効な熱伝導効果を得ることができる）。
【００１４】
この時、熱伝導構造空間に占める熱流路１０（＝セラミックボール２０）の実績率は２０容量％以上、好ましくは５０容量％以上であればよい。熱伝導構造１としては、熱流路１０が形成されていればよいが、熱伝導構造空間に占める熱流路１０以外の空隙部分（セラミックボール２０とセラミックボール２０の間）に充填材５０を充填させてもよい。充填材５０を充填することで、熱伝導構造の強度を高めることができるとともに構造全体の熱伝導率を向上させることができるからである。ここで、充填材５０としては、例えば、空隙部分を満たすことができる液状樹脂（エポキシ樹脂，ウレタン樹脂，ポリエステル樹脂，アクリル樹脂，シリコン樹脂等）及びこれら液状熱伝導性樹脂にフィラーを配合したもの等が挙げられるが、これに限られるものではない。
【００１５】
図３は、本願発明に係る熱伝導構造の製造方法を示す説明図である。
図３（ａ）は、セラミックボール２０の表面に被膜用液状熱伝導性樹脂４０を被膜する工程である。すなわち、セラミックボール２０に被膜用液状熱伝導性樹脂４０をまぶし、硬化する前の被膜用液状熱伝導性樹脂４０によって被膜されたセラミックボール２０を用意する作業である。
図３（ｂ）は、被膜されたセラミックボール２０同士を接触させる工程である。すなわち、被膜用液状熱伝導性樹脂４０が硬化する前（流動性をもっている間）に、被膜されたセラミックボール２０を熱伝導構造空間に並べるように充填（装填）する作業である。
【００１６】
図３（ｃ）は、セラミックボール２０とセラミックボール２０の点接触部分へ被膜用液状熱伝導性樹脂４０の貯留を待って被膜用液状熱伝導性樹脂４０を硬化させる工程である。すなわち、硬化する前の被膜用液状熱伝導性樹脂４０は重力によって徐々に流動してセラミックボール２０とセラミックボール２０の接触部分へ集まる（貯留する）。この間は通常数秒から最大でも数分であると思われる。そして、この貯留した状態で被膜用液状熱伝導性樹脂４０を硬化させる。硬化は当該熱硬化性樹脂に適合する条件による熱硬化であり、この処理により「新たな熱流路」（符号４１）を固定することである。
図３（ｄ）は、最後に被膜用液状熱伝導性樹脂４０を仮硬化させたセラミックボール２０とセラミックボール２０の間に充填材５０を充填し、これを硬化させる工程である。
【００１７】
以下、本願発明を有効性を実施例と比較例によって証明する。
＜実験の基礎条件＞
６０×４０×８ｍｍの板（熱伝導構造空間）に対して、細線加熱法（ホットワイヤ法，京都電子工業株式会社製迅速熱伝導率計：ＱＴＭ−５００）を使用し熱伝導率測定を行う。
＜被膜用液状熱伝導性樹脂４０＞
熱伝導率０．２Ｗ／ｍｋの一般的液状エポキシ樹脂（記号Ｅ）および熱伝導性フィラーを８０重量％混入した熱伝導率３Ｗ／ｍｋの液状エポキシ樹脂（記号Ｔ）の２つ
＜セラミックボール２０＞
粒径３ｍｍの純度９８％アルミナボール（記号ＡＢ），ＡＢの周囲に熱伝導フィラーを９２重量％混入した熱伝導４Ｗ／ｍｋの液状エポキシ樹脂をまぶしたもの（記号ＴＢ）の２つ
【００１８】
［実施例］
実施例１：ＴＢ＋Ｅ
実施例２：ＴＢ＋Ｔ
［比較例］
比較例１：Ｅ
比較例２：Ｔ
比較例３：ＡＢ＋Ｅ（充填材５０としてのＥ）
比較例４：ＡＢ＋Ｔ（充填材５０としてのＴ）
【００１９】
上記実施例と比較例の実験結果（熱伝導率）によれば、Ｅ（比較例１）＜Ｔ（比較例２）＜ＡＢ＋Ｅ（比較例３）＜ＡＢ＋Ｔ（比較例４）＜ＴＢ＋Ｅ（実施例１）＜ＴＢ＋Ｔ（実施例２）の定量関係にあることが確認できた。よって、本願発明に係る熱伝導構造の有効性が証明されたことになる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本願発明は、以下のような分野における熱伝導技術として利用できるものである。
（１）電子機器の絶縁封止、絶縁パッケージ、絶縁接着剤等の液状樹脂を用いる分野
（２）特に、電源基板や抵抗器、ＬＥＤ、モーター等の放熱性が求められる分野
（３）また、熱伝導構造体としての最小断面寸法が１ｍｍ以上ある、比較的マッシブな構造部材を利用する分野
【符号の説明】
【００２１】
１  熱伝導構造
１０  熱流路（熱伝導パス）
２０  セラミックボール
３０  接触（点接触）
４０  被膜用液状熱伝導性樹脂（被膜材）    ４１  貯留（新たな熱流路）
５０  充填材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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