(57)【要約】      （修正有）【課題】発熱体及び放熱体との間の熱抵抗を低減し、発熱体からの熱放散を良好にすることが可能であり、かつ製造コストが安価である、グラファイトシートからなる熱界面材料及びその製造方法、並びに当該熱界面材料を用いた熱放散装置を提供する。【解決手段】本発明の熱界面材料は、グラファイト結晶のａ軸及びｂ軸を包含する面を主面とするグラファイトシート１１からなる熱界面材料１０であって、当該グラファイトシート１１は、当該主面と平行な表面に、当該表面から少なくとも一部が繋がり層状に剥離されている複数のフレア状の構造体である薄膜片１３が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラファイト結晶のａ軸及びｂ軸を包含する面を主面とするグラファイトシートからなる熱界面材料であって、
前記グラファイトシートは、前記主面と平行な表面に、前記表面から少なくとも一部が繋がり層状に剥離されている複数のフレア状の構造体を有していることを特徴とする熱界面材料。
【請求項２】
前記フレア状の構造体の表面から、少なくとも一部が繋がり層状に剥離されている第二のフレア状の構造体を少なくとも１つ有していることを特徴とする請求項１に記載の熱界面材料。
【請求項３】
前記グラファイトシートは、表面に複数のディンプル状の窪みを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の熱界面材料。
【請求項４】
グラファイト結晶のａ軸及びｂ軸を包含する面を主面とするグラファイトシートからなる熱界面材料と、
前記熱界面材料の一方の表面に設けられている放熱手段と、を含み、
前記グラファイトシートの前記一方の表面には、前記表面から少なくとも一部が繋がり層状に剥離されている複数のフレア状の構造体が形成されていることを特徴とする熱放散装置。
【請求項５】
前記フレア状の構造体の表面から、少なくとも一部が繋がり層状に剥離されている第二のフレア状の構造体を少なくとも１つ有していることを特徴とする請求項４に記載の熱放散装置。
【請求項６】
前記グラファイトシートは、表面に複数のディンプル状の窪みを有することを特徴とする請求項４又は５に記載の熱放散装置。
【請求項７】
グラファイトシートからなる熱界面材料の製造方法であって、
前記グラファイトシートは、グラファイト結晶のａ軸及びｂ軸を包含する面を主面とし、
前記方法は、前記グラファイトシートの前記主面と平行な表面に、粘着シートを貼り付けて、前記粘着シートを前記表面から引きはがすことによって前記表面に、前記表面から少なくとも一部が繋がり層状に剥離されてなるフレア状の構造体を形成するステップを含むことを特徴とする熱界面材料の製造方法。
【請求項８】
前記フレア状の構造体を形成するステップの前に、前記グラファイトシートの前記表面に複数のディンプル状の窪みを形成するステップを含むことを特徴とする請求項７に記載の熱界面材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱界面材料（ＴＩＭ：Thermal interface Material）及びその製造方法、並びに当該熱界面材料を用いた熱放散装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータに使用されるＣＰＵ等の発熱体の冷却には、ヒートシンク等の放熱体が使用される。この発熱体と放熱体との間の密着性を高めて熱伝導を良好にするために、発熱体と放熱体との間に熱界面材料（ＴＩＭ）が配されている。近年、ＴＩＭとしてグラファイトシートを用いることがしばしば提案されている。例えば、特許文献１には、グラファイトシートをＴＩＭとして用いること、及びＴＩＭとして一部分を圧縮したグラファイトシートを用いることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２１７２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＴＩＭとして未加工のグラファイトシートを用いる場合、発熱体やヒートシンクの表面に存在する凹凸の故に、グラファイトシートと発熱体やヒートシンクとの密着性が悪く、発熱体とヒートシンクとの間の熱経路における熱抵抗が高くなり、冷却効率が低いという問題があった。また、特許文献１に記載されているようなグラファイトシートであっても、グラファイトシート自体の製法を変更する必要があり、製造コストが増加してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、発熱体及び放熱体との間の熱抵抗を低減し、発熱体からの熱放散を良好にすることが可能であり、かつ製造コストが安価である、グラファイトシートからなる熱界面材料（ＴＩＭ）及びその製造方法、並びに当該熱界面材料を用いた熱放散装置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】
【０００６】
本発明の熱界面材料は、グラファイト結晶のａ軸及びｂ軸を包含する面を主面とするグラファイトシートからなる熱界面材料であって、当該グラファイトシートは、当該主面と平行な表面に、当該表面から少なくとも一部が繋がり層状に剥離されている複数のフレア状の構造体を有していることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１に係る熱界面材料の斜視図である。
【図２】グラファイト結晶の分子構造を示す図である。
【図３】図１の３−３線に沿った断面図である。
【図４】図３の領域Ａの部分拡大図である。
【図５】実施例１に係る熱界面材料の上面の拡大画像である。
【図６】加工前のグラファイトシートの上面の拡大画像である。
【図７Ａ】実施例１に係る熱界面材料の製造方法を示す図である。
【図７Ｂ】実施例１に係る熱界面材料の製造方法を示す図である。
【図８】ＣＰＵ装置の断面図である。
【図９Ａ】図８の領域Ｂの拡大図である。
【図９Ｂ】図９Ａの領域Ｃの拡大図である。
【図１０Ａ】実施例２に係る熱界面材料の製造方法を示す図である。
【図１０Ｂ】実施例２に係る熱界面材料の製造方法を示す図である。
【図１１Ａ】図８の領域Ｂの拡大図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの領域Ｄの拡大図である。
【図１２Ａ】図８の領域Ｂの拡大図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの領域Ｅの拡大図である。
【図１３】比較例３のヤスリ削り加工後のグラファイトシートの拡大画像である。
【図１４】実施例及び比較例のＣＰＵ装置におけるＣＰＵジャンクション温度のグラフである。
【図１５】熱放散装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
【実施例１】
【０００９】
以下に、本発明の実施例１に係る熱界面材料（ＴＩＭ）１０について、図１乃至図４を参照しつつ説明する。図１はＴＩＭ１０の斜視図であり、図２は、グラファイトの分子構造を示す図である。図３は図１の３−３線に沿った断面図である。図４は、図３の領域Ａの部分拡大図である。図５は、ＴＩＭ１０表面の微分干渉顕微鏡像（約３０倍）である。
【００１０】
ＴＩＭ１０は、グラファイトシート１１からなっている。グラファイトシート１１は、ＧｒａｆＴｅｃｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ株式会社製、ＧＲＡＦＯＩＬ（登録商標）Ｇｒａｄｅ−ＧＴＡで厚さ０．６３５ｍｍのものである。このグラファイトシート１１は、図２に示すグラファイト結晶のａ軸及びｂ軸を包含する面を略主面としている。グラファイトシート１１は、主面と平行な方向、すなわち図２に示すグラファイト結晶のａ軸及びｂ軸に平行な方向（平面方向）における熱伝導率が約１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、主面と垂直な方向すなわち結晶のｃ軸方向（厚み方向）の熱伝導率が約５Ｗ／（ｍ・Ｋ）となっている。
【００１１】
図１及び図３に示すように、グラファイトシート１１の主面に平行な上面及び下面上には、断面がカールしている（反り返っている）フレア状の構造体である薄膜片１３が形成されている。薄膜片１３は、グラファイトシート１１の表面からグラファイト層が部分的に剥離されることによって形成され、図４に示すように、一次薄膜片１３ａ、二次薄膜片１３ｂ（第二のフレア状の構造体）及び三次薄膜片１３ｃ（第三のフレア状の構造体）からなっている。
【００１２】
一次薄膜片１３ａは、グラファイトシート１１の上面及び下面上に密に形成されており、端部がグラファイトシートに繋がっている。一次薄膜片１３ａは断面がカールしている薄膜のフレア状の構造体である。一次薄膜片１３ａの１つの長辺Ｌの長さは０．５ｍｍから１ｍｍ程度以下であり、幅は０．５ｍｍから１ｍｍ程度である。一次薄膜片１３ａの厚さは、最小で単分子層分の厚さであり、概ね数十μｍ以下である。図４に示すように、一次薄膜片１３ａの表面には、一次薄膜片１３ａの表面がさらに剥離することによって、一次薄膜片１３ａの表面に密に配されているフレア状の二次薄膜片１３ｂが形成されている。さらに、二次薄膜片１３ｂの表面には、二次薄膜片の表面がさらに剥離することによって二次薄膜片１３ｂの表面に密に配されているフレア状の三次薄膜片１３ｃが形成されている。グラファイトシート１１上に薄膜片１３が密に配されている様子は、図５に示す拡大画像からわかる。薄膜片１３は断面がカールしている薄膜のフレア状の構造である故に、僅かな外力により簡単に変形する。なお、若干の弾性を有する。
【００１３】
以下に、本発明の実施例１に係るＴＩＭ１０の製造方法について、図６、図７Ａ及び図７Ｂを参照しつつ説明する。
【００１４】
まず、上述したグラファイトシート（ＧｒａｆＴｅｃｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ株式会社製、ＧＲＡＦＯＩＬ（登録商標）Ｇｒａｄｅ−ＧＴＡ、厚さ０．６３５ｍｍ）を用意し、用途に応じて所定の大きさに裁断し、グラファイトシート１１を形成する。加工前のグラファイトシート１１の表面の微分干渉顕微鏡像（約３０倍）を図６に示す。図６に示すように、加工前のグラファイトシート１１は、滑らかな表面をしている。次に、図７Ａに示すように、グラファイトシート１１の上面に粘着シート１５（例えば、セロファンテープ、ビニールテープ等）を貼り付ける。
【００１５】
次に、図７Ｂに示すように、粘着シート１５をグラファイトシート１１から引き剥がす。図２に示すように、グラファイトシート１１を構成するグラファイト結晶は、層状の構造を有しており、層毎のａ軸及びｂ軸に平行な面内においては強い共有結合で炭素同士が結合しているが、層と層の間（面間）において、すなわちｃ軸方向においては、炭素からなる層同士が弱いファンデルワールス力で結合している。それゆえに、表面においてｃ軸方向に引っ張りを受けると表面が層状に剥離する性質を有している。従って、図７Ｂに示すように、グラファイトシート１１の表面から粘着シート１５を引きはがす（引っ張り剥離）ことによって、断面がカールしたフレア状の薄膜片１３を形成できる。
【００１６】
その後、まだ薄膜片１３を形成していない領域についても、テープの貼り付け及び引きはがしを行い、グラファイトシート１１の主面に平行な上面及び下面全体に、薄膜片１３を形成し、ＴＩＭ１０が完成する。以下、上記薄膜片１３を形成する加工を毛羽立て加工と称する。
【００１７】
以下に、パーソナルコンピュータ（以下、パソコンという）の発熱体としてのＣＰＵ２１と放熱体としてのヒートシンク２３との間にＴＩＭ１０を用いる場合の使用例について、図８に示すＣＰＵ装置２５の断面図及び図８のＢ部拡大図である図９Ａ、図９ＡのＣ部拡大図である図９Ｂを用いて説明する。なお、図８、図９Ａにおいて、ＴＩＭ１０の厚み方向の中心線を一点鎖線ＣＬで示している。ＣＰＵ装置２５は、ＴＩＭ１０、ＣＰＵ２１、ヒートシンク２３及びクーリングファン２７からなっている。
【００１８】
ＣＰＵ２１は、Ｉｎｔｅｌ（登録商標）社製Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）４であり、ＣＰＵダイのサイズ１１２ｍｍ２、熱設計電力（ＴＤＰ：Thermal Design Power）８９Ｗである。ＣＰＵ２１の一方の表面にはヒートスプレッダ２１ａが形成されている。ＣＰＵヒートスプレッダ２１ａはＣｕからなり、表面には耐食メッキが施されている。ＣＰＵヒートスプレッダ２１ａのサイズは、縦３１ｍｍ×横３１ｍｍ×厚さが２ｍｍである
ＣＰＵ２１の上面にあるヒートスプレッダ２１ａ上には、ＴＩＭ１０が配されている。ＴＩＭ１０上には、ヒートスプレッダ２１ａとともにＴＩＭ１０を挟み込むように、ヒートシンク２３が配されている。ヒートシンク２３は、アルミ合金からなり、縦６８ｍｍ×横８３ｍｍ×高さ３７ｍｍである。ヒートシンク２３及びＴＩＭ１０は、ばね等（図示せず）によってヒートスプレッダ２１ａに対して押圧されている。ヒートシンク２３上には、ヒートシンク２３を冷却するためのクーリングファン２７が配されている。クーリングファン２７は、ファンの直径ｄが６８ｍｍである。なお、ヒートシンク２３とクーリングファン２５は、前記ＣＰＵ２１に付属のＩｎｔｅｌ（登録商標）社製のリテールパッケージ品を用いた。このＣＰＵ装置２５において、ＣＰＵ２１において発生した熱は、ＴＩＭ１０を介してヒートシンク２３に伝導し、ヒートシンク２３から大気中に放散される。
【００１９】
図９Ａに示すように、グラファイトシート１１の表面には、０．５ｍｍから数ｍｍ周期のうねりがあり、図９Ｂに示すように、ＣＰＵ２１のヒートスプレッダ２１ＡのＴＩＭ１０に接している表面には、細かい凹凸が多数存在する。この細かい凹凸にグラファイトシート１１の表面に形成されている一次薄膜片１３ａ、二次薄膜片１３ｂ及び三次薄膜片１３ｃが入り込むことで、ヒートスプレッダ２１Ａの凹部においても、ＴＩＭ１０との接触がなされる。なお、ヒートシンク２３のＴＩＭ１０に接している表面にも、図９Ｂに示したヒートスプレッダ２１Ａの表面と同様に細かい凹凸が多数存在している。図９Ｂに示したヒートスプレッダ２１ＡとＴＩＭ１０の界面の状態と同様に、この細かい凹凸にグラファイトシート１１の表面に形成されている一次薄膜片１３ａ、二次薄膜片１３ｂ及び三次薄膜片１３ｃが入り込むことで、ヒートシンク２３の凹部においても、ＴＩＭ１０との接触がなされている。従って、ヒートスプレッダ２１Ａ及びヒートシンク２３の表面とＴＩＭ１０との接触性が良好となり接触熱抵抗が低減され、ＴＩＭ１０を介したヒートスプレッダ２１Ａからヒートシンク２３までの熱経路の熱抵抗を低く抑えることができる。
【００２０】
また、上述したように、グラファイトシート１１は、グラファイト結晶のａ軸及びｂ軸に平行な平面において、１４０Ｗ／ｍ・Ｋという良好な熱伝導率を有している。ヒートスプレッダ２１Ａから、層状に剥離されている薄膜片１３に熱が伝導すると、薄膜片１３内の結晶のａ軸及びｂ軸に平行な方向に熱が素早く伝導し、グラファイトシート１１の内部に迅速に熱が伝わる。グラファイトシート１１の内部に伝わり、ヒートシンク２３に接している薄膜片１３に到達した熱は上記同様に薄膜片１３内の結晶のａ軸及びｂ軸に平行な方向に素早く伝導し、ヒートシンク２３まで到達する。特に、薄膜片の面（ａ軸とｂ軸を包含した面）とヒートスプレッダ及びヒートシンク表面が接するとグラファイトの熱伝導特性ゆえに熱伝導性は向上する。よって、このことによっても、ＴＩＭ１０を介したヒートスプレッダ２１Ａからヒートシンク２３までの熱経路の熱抵抗の低減が達成される。
【実施例２】
【００２１】
以下に、本発明の実施例２に係るＴＩＭ１０について説明する。実施例２のＴＩＭ１０は、上記実施例１のＴＩＭ１０の製造過程において、グラファイトシート１１に平坦化加工を加えたものである。
【００２２】
グラファイトシート１１の平坦化加工は次の手順で行った。まず、図１０Ａに示すように、グラファイトシート１１を厚さ１ｍｍの柔らかいシリコーンシート（図示せず）上に載せ、表面に１ｍｍ間隔で細かな突起（円錐状突起）を有するローラー３１を用いて、グラファイトシートの表側と裏側から２〜３回ローラー掛けをしてシートにディンプル状の窪み構造３３を形成する。この際、グラファイトシート１１が破断しない程度の押圧力でローラー掛けをする。次に、図１０Ｂに示すように、平坦なガラス板（図示せず）の上にグラファイトシート１１を載せ、表面が平坦なローラー３５を用い、シートの表側と裏側から数回ローラー掛けをしてシート表面を平坦化した。
【００２３】
その後、上記実施例１のＴＩＭ１０の製造方法と同様に、グラファイトシート１１の表面に粘着シート１５を貼り付けて引き剥がす毛羽立て加工を行うことによって、薄膜片１３を形成し、実施例２のＴＩＭ１０が完成する。
【００２４】
上記平坦化加工を行っていないグラファイトシート１１の表面は、０．５ｍｍから数ｍｍ周期のうねりを有するが、上記平坦化加工を施すとうねりが低減される。図１１Ａに、実施例１において説明したのと同様のＣＰＵ装置２５において、実施例１のＴＩＭ１０の代わりに実施例２のＴＩＭ１０を用いた場合の図８の領域Ｂの拡大図を示す。また、図１１Ｂに、図１１Ａの領域Ｄの拡大図を示す。図１１Ａにおいても、ＴＩＭ１０の厚み方向の中心線を一点鎖線ＣＬで示している。図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように実施例１のＴＩＭ１０の代わりに実施例２のＴＩＭ１０を用いると、うねりが低減されている分、ＴＩＭとＣＰＵ及びヒートシンクとの接触面積が増加しＣＰＵとヒートシンクとの間の熱経路における熱抵抗が減少する。
【００２５】
また、上記平坦化加工を施した実施例２のＴＩＭ１０の表面には、突起を有するローラーをかけた際に形成される、例えば、直径０．５ｍｍ未満のディンプル状の窪み構造が約１ｍｍ間隔で残る。この窪みはＴＩＭ１０をＣＰＵ２１とヒートシンク２３との間に挟んで押圧した際に、ＣＰＵ２１及びヒートシンク２３の表面の凹凸によってＴＩＭ１０が変形させられる際の応力を吸収緩和し、ＴＩＭとＣＰＵ２１及びヒートシンク２３との接触性をさらに向上させる効果を有する。
【実施例３】
【００２６】
以下に、本発明の実施例３に係るＴＩＭ１０について説明する。実施例３のＴＩＭ１０は、上記実施例２のようにグラファイトシート１１に平坦化加工を加える前に、さらに薄膜化加工を施したものである。
【００２７】
グラファイトシート１１の薄膜化加工は、ロータリー式のグラインダーを用い、シートの片面を、グラファイトシート１１の厚みが０．３ｍｍになるまで削ることによって行った。尚、元々０．３ｍｍの厚さを有する市販のグラファイトシートを用いてもよい。
【００２８】
この薄膜化加工の後、上記実施例２のＴＩＭ１０の製造方法と同様に、グラファイトシート１１に平坦化加工を施し、グラファイトシート１１の表面に粘着シート１５を貼り付けて引き剥がす毛羽立て加工を行うことによって、薄膜片１３を形成し、実施例３のＴＩＭ１０が完成する。
【００２９】
図１２に、実施例１において説明したのと同様のＣＰＵ装置２５において、実施例１のＴＩＭ１０の代わりに実施例３のＴＩＭ１０を用いた場合の図８の領域Ｂの拡大図を示す。また、図１２Ｂに、図１２Ａの領域Ｅの拡大図を示す。図１２Ａにおいても、ＴＩＭ１０の厚み方向の中心線を一点鎖線ＣＬで示している。図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、実施例３のＴＩＭ１０を用いた場合には、実施例２のＴＩＭ１０を用いた場合と同様に、うねりが低減されている分、ＴＩＭとＣＰＵ及びヒートシンクとの接触面積が増加しＣＰＵとヒートシンクとの間の熱経路における熱抵抗が減少する。さらに、グラファイトシート１１の厚さが薄い分、ＴＩＭ内での熱抵抗が低減され、ＣＰＵとヒートシンクとの間の熱経路における熱抵抗が減少する。
【００３０】
実施例３のＴＩＭ１０においては、グラファイトシート１１の厚さを０．３ｍｍにすることとしたが、グラファイトシート１１の厚さをさらに薄くし、ＴＩＭ内の熱抵抗を低減することとしてもよい。なお、グラファイトシート１１を余り薄くしすぎると、上記ＣＰＵ装置２５に用いる場合に、グラファイトシート１１の弾性によるＣＰＵ２１及びヒートシンク２３の表面凹凸の緩衝効果が消失し接触性が低下して接触熱抵抗が増加してしまうため、グラファイトシート１１は、一定の厚さを有していることが好ましい。
【００３１】
ＣＰＵ２１及びヒートシンク２３の表面の平坦度は、表面積が大きくなると悪化するため、グラファイトシート１１の厚みは、ＣＰＵ２１及びヒートシンク２３のＴＩＭ１０と接する表面の面積が１００ｃｍ２以下なら厚み０．３ｍｍ程度以上が好ましく、２５ｃｍ２以下ならば厚さ０．１ｍｍ程度以上が好ましく、９ｃｍ２以下ならば０．０５ｍｍ以上が好ましく、１ｃｍ２以下ならば０．０２ｍｍ以上が好ましい。
【００３２】
以下に、実施例１乃至３のＴＩＭ１０をＣＰＵ装置２５のＣＰＵ２１とヒートシンク２３との間に配した場合の効果を、比較例１乃至４と比較しつつ説明する。
【００３３】
［比較例１］
比較例１は、ＣＰＵ装置２５においてＴＩＭを使用しない、すなわちＣＰＵ２１とヒートシンク２３との間に何も配置せずに、ＣＰＵ２１のヒートスプレッダ２１ａとヒートシンク２３とを直接接触させているＣＰＵ装置である。
【００３４】
［比較例２］
比較例２は、ＣＰＵ装置２５において、ＴＩＭとして、上記実施例に示したＴＩＭ１０の代わりに、ＣＰＩ２１とヒートシンクとの間に、実施例１で用いたグラファイトシートと同一の厚さ０．６３５ｍｍのグラファイトシートを何も加工を施さずに、すなわち未加工の状態で用いたＣＰＵ装置である。
【００３５】
［比較例３］
比較例３は、ＣＰＵ装置２５において、ＴＩＭとして、上記実施例に示したＴＩＭ１０の代わりに、実施例１で用いたグラファイトシートと同一の厚さ０．６３５ｍｍのグラファイトシートの表面にヤスリをかけて表面を荒らしたものを、ＣＰＵ２１とヒートシンク２３との間に配したＣＰＵ装置である。
【００３６】
ヤスリ削り加工は、粒度＃１４０番のダイヤモンドヤスリでグラファイトシート表面を押圧しながら上下左右に動かし、グラファイトシートの表面を僅かに削り取ることで行った。ヤスリ削り加工後のグラファイトシートの上面の微分干渉顕微鏡（約３０倍）を図１３に示す。未加工のグラファイトシートに見られる０．５ｍｍから数ｍｍ周期の厚みムラは消失するが、グラファイトシート表面には、実施例１乃至３のＴＩＭ１０の表面にあるような薄膜片は形成されず、ヤスリ砥粒に起因する細かな線状痕が付くだけである。グラファイトシートの表面は柔らかくまた滑りやすいので、押圧して行うヤスリ削り加工では、ダイヤモンド砥粒を用いたとしても、フレア状の薄膜片は形成できない。
【００３７】
［比較例４］
比較例４は、ＣＰＵ装置２５において、ＴＩＭとして、上記実施例に示したＴＩＭ１０の代わりに、比較例２と同様の未加工のグラファイトシートの表面に、シリコーングリース（信越化学株式会社製のシリコーングリースＨＩＶＡＣ−Ｇ）（熱伝導率０．２Ｗ／ｍ・Ｋ）薄く塗布したものをＣＰＵ２１とヒートシンク２３との間に配したものである。
【００３８】
［実施例及び比較例の評価］
実施例１乃至３のＴＩＭをＣＰＵ装置２５に用いた場合及び比較例１乃至４のＣＰＵ装置について、実際にＣＰＵを稼働させて熱放散能について評価を行った。当該評価におけるＴＩＭの評価表を表１に示す。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１にはＴＩＭのマトリックス、加工・処理、厚み、及び評価値としてＣＰＵ稼働率、ＣＰＵジャンクション温度（ＣＰＵ Ｔｊ）、ヒートシンク放熱面（ＣＰＵと接している面と反対側の面）温度（Ｔｓｉｎｋ）を示している。さらに、ＣＰＵジャンクション温度とヒートシンク表面温度との差異（Ｔｊ−Ｔｓｉｎｋ）、ヒートシンク表面温度と大気温度との差異（Ｔｓｉｎｋ−Ｔａｉｒ）、及びＣＰＵが８９Ｗ（ＴＤＰ値）で発熱した際のＣＰＵジャンクションとヒートシンク表面間の熱抵抗（Ｒｔｈ（ＣＰＵ−ｓｉｎｋ））、ヒートシンク表面と大気間の熱抵抗（Ｒｔｈ（ｓｉｎｋ−ａｉｒ））も示している。
【００４１】
上記評価値は、ＣＰＵ装置２５をパソコンに組み込んで測定した。また、評価する際のパソコンのＯＳ（Operating system）は、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）社のＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ＸＰをとし、評価値の測定には、ＣＰＵに負荷を掛けるためにベンチマークソフトとしてＣｒｙｓｔａｌ  Ｍａｒｋ  ２００４  Ｒ３を用い、ＣＰＵのジャンクション温度（ＣＰＵ  Ｔｊ）を測定するために、Ｏｐｅｎ  Ｈａｒｄｗａｒｅ  Ｍｏｎｉｔｏｒ  ０．５４Ｂを用いた。ヒートシンク放熱面温度は熱電対で測定した。評価値の測定時の大気温度Ｔａｉｒは、２２℃で一定としている。
【００４２】
図１４には、実施例及び比較例の各々のＣＰＵジャンクション温度（ＣＰＵ  Ｔｊ）をプロットしたグラフを示している。ＣＰＵジャンクションとヒートシンクとの間にＴＩＭが挿入されるので、上記評価値において重要なのはＣＰＵジャンクションとヒートシンク表面間の熱抵抗（Ｒｔｈ（ＣＰＵ−ｓｉｎｋ））となる。
【００４３】
ＣＰＵのヒートスプレッダの表面温度（Ｔｃａｓｅ）が６７℃（メーカー公開値）を超えると、ＣＰＵの保護のためにＣＰＵ稼働率を抑え、発熱量を低下させてＣＰＵジャンクション温度（Ｔｊ）上昇を抑制する機能（以下、過熱保護機能という）が働く。過熱保護機能が働いた場合は、ＣＰＵ稼動率で接続部材の熱伝導性の比較を行う。
【００４４】
ＣＰＵ稼働率が１．０未満の場合には過熱保護機能が働いており、ＣＰＵ稼働率が１．０未満であることは、接続部材１２の熱抵抗が高く放熱が不十分であることを示す。ＴＩＭの熱抵抗値が高いほど、ＣＰＵのヒートスプレッダ温度が早く上昇し、過熱保護機能が早期に働くので、ＣＰＵ稼働率の値が小さくなる。すなわち、ＣＰＵ稼働率が低いほど、ＴＩＭの熱抵抗値が高いということになる。
【００４５】
上記表に示すように、実施例１のＴＩＭ１０を用いた場合のＣＰＵ稼働率は１．０１、ＣＰＵ Ｔｊは７１．５℃、ヒートシンク放熱面温度（Ｔｓｉｎｋ）は５２℃であった。この時のＴｊ−Ｔｓｉｎｋは１９．５℃、Ｔｓｉｎｋ−Ｔａｉｒは３０℃であり、Ｒｔｈ（ＣＰＵ−ｓｉｎｋ）は０．２１９℃／Ｗ、Ｒｔｈ（ｓｉｎｋ−ａｉｒ）は０．３３７℃／Ｗであった。
【００４６】
実施例２のＴＩＭ１０を用いた場合のＣＰＵ稼働率は１．００、ＣＰＵ Ｔｊは６８．５℃、ヒートシンク放熱面温度（Ｔｓｉｎｋ）は５１℃であった。この時のＴｊ−Ｔｓｉｎｋは１７．５℃、Ｔｓｉｎｋ−Ｔａｉｒは２９℃であり、Ｒｔｈ（ＣＰＵ−ｓｉｎｋ）は０．１９７℃／Ｗ、Ｒｔｈ（ｓｉｎｋ−ａｉｒ）は０．３２６℃／Ｗであった。
【００４７】
実施例３のＴＩＭ１０を用いた場合のＣＰＵ稼働率は１．０１、ＣＰＵ Ｔｊは６６．８℃、ヒートシンク放熱面温度（Ｔｓｉｎｋ）は５１℃であった。この時のＴｊ−Ｔｓｉｎｋは１５．８℃、Ｔｓｉｎｋ−Ｔａｉｒは２９℃であり、Ｒｔｈ（ＣＰＵ−ｓｉｎｋ）は０．１７７℃／Ｗ、Ｒｔｈ（ｓｉｎｋ−ａｉｒ）は０．３２６℃／Ｗであった。
【００４８】
また、比較例１のＣＰＵ稼働率は０．４５、ＣＰＵ Ｔｊは７８．５℃であり過熱保護機能が動作した。比較例２のＣＰＵ稼働率は０．７６、ＣＰＵ Ｔｊは７５．２℃であり過熱保護機能が動作した。比較例３のＣＰＵ稼働率は０．７０、ＣＰＵ Ｔｊは７５．０℃であり過熱保護機能が動作した。比較例４のＣＰＵ稼働率は０．７７、ＣＰＵ Ｔｊは７５．８℃であり過熱保護機能が動作した。
【００４９】
ＴＩＭを用いない比較例１のＣＰＵ稼働率０．４５に対して、表面未加工のグラファイトシートをＴＩＭとして用いた比較例２のＣＰＵ稼働率は０．７６と向上している。すなわち、グラファイトシートをＴＩＭとして用いた方が、ＴＩＭを用いない場合よりも接続部の熱抵抗を低下させることができる。しかし、比較例２の場合でも過熱保護機能が動作しており、熱伝導性は十分ではない。
【００５０】
グラファイトシートの平坦性改善と表面荒しを目的にヤスリ削り加工を実施したＴＩＭを用いた比較例３におけるＣＰＵ稼働率は０．７０であり、比較例２と比較して０．０６悪化した。また、未加工のグラファイトシートにグリースを塗布した比較例４のＣＰＵ稼動率は０．７７で比較例２と比較して大差無かった。
【００５１】
これは、押圧を加えて表面を削るヤスリ削り加工では、表面のうねりを改善できるが砥粒により細かい線状痕ができ、ＣＰＵのヒートスプレッダやヒートシンクとの隙間空間を増加させてしまい熱抵抗が増加する故と考えられる。また、比較例４のように、グリース等でグラファイトシートとＣＰＵ及びヒートシンクとの隙間空間を埋める方法では、グリースの熱伝導率の低さ故に熱伝導性の改善効果は得られない。
【００５２】
表面に薄膜片が形成されている実施例１、実施例２、実施例３のＴＩＭ１０を用いた場合、いずれの場合も、ＣＰＵ稼働率は１．０以上となり、加熱保護機能は働かなかった。また、実施例１、実施例２、実施例３のいずれのＴＩＭ１０を用いた場合も、未加工のグラファイトシートをＴＩＭとして用いた比較例２と比較して、ＣＰＵ Ｔｊは低下した。すなわち、ＣＰＵとヒートシンクとの間のＴＩＭの熱伝導性が著しく向上した（ＴＩＭの熱抵抗が著しく低下した）。
【００５３】
また、平坦化加工を施した実施例２のＴＩＭ１０を用いた場合、ＣＰＵ Ｔｊは実施例１のＴＩＭ１０を用いた場合に比べ、ＣＰＵジャンクションとヒートシンク表面間の熱抵抗（Ｒｔｈ（ＣＰＵ−ｓｉｎｋ））は０．０２２Ｗ／ｍ・Ｋ低下し、ＣＰＵジャンクション温度（ＣＰＵ  Ｔｊ）は３℃低下した。更に、グラファイトシートの膜厚を０．３ｍｍまで薄くした実施例３のＴＩＭ１０を用いた場合において、実施例２のＴＩＭ１０を用いた場合に対して、Ｒｔｈ（ＣＰＵ−ｓｉｎｋ）は０．０２Ｗ／ｍ・Ｋ低下し、ＣＰＵ  Ｔｊは１．７℃低下した。即ち、毛羽立て加工、並びに平坦化加工及び薄膜化加工をグラファイトシートに行うことで、熱抵抗値の低い良好なＴＩＭを形成できることがわかった。
【００５４】
本発明によれば、ＴＩＭを構成するグラファイトシートの表面に薄膜片を設けることによって、ＴＩＭを発熱体と放熱体との間に配した場合の、発熱体と放熱体との間の熱経路における熱抵抗を低減し、発熱体からの熱放散を良好にすることが可能である。また、本発明によれば、グラファイトシートの表面に薄膜片を簡便な方法で形成することで、熱抵抗の非常に低いＴＩＭを安価に製造することが可能である。
【００５５】
また、本発明のＴＩＭによれば、グラファイトシートと発熱体や放熱体との密着性を向上させるために、グリースや粘着シートまたは樹脂等を使用なくともよい。従って、本発明のＴＩＭを使用する場合、例えば、発熱体または放熱体の取り外しを必要とする場合に、粘着シートや樹脂等の残渣処理をしなくてよい等、非常に取り扱いが容易となる。
【００５６】
上記実施例で用いたグラファイトシートは、天然黒鉛の小片をバインダーなしに圧延してシート状に形成した製品である。そのため毛羽立て加工により細かくランダムなフレア状薄膜片が形成できる。このように、小片からシート状に形成したグラファイトシートは本発明に適したグラファイトシートと言える。
【００５７】
一方、高分子のシートを炭化させて形成されたグラファイトシートもある。このような製品は、上記毛羽立て加工によりフレア状の薄膜片が大きく形成されるので上記実施例に使用するには若干不向きである。しかし、実施例２の平坦化加工を行い、最表面に所望の薄膜片の大きさに応じて、三角形や四角形等の切り込みを形成すれば問題なく使用できる。
【００５８】
上記実施例においては、発熱体と放熱体との間にＴＩＭ１０を挟み込むＣＰＵ装置について説明したが、図１５に示すように、放熱体としてのヒートシンク２３と当該ヒートシンク上に配されるＴＩＭ１０とで熱放散装置５０を形成することとしてもよい。この場合、例えば、ＴＩＭ１０の表面のうちヒートシンク２３と接する表面のみに上記実施例と同様の薄膜片を形成することとしてもよい。
【００５９】
また、上記実施例においては、薄膜片は三次薄膜片まで形成されるとしたが、三次薄膜片の表面に四次薄膜片が形成されていてもよく。さらに高次の薄膜片が形成されていてもよい。また、二次以上の薄膜片は必ず形成されるわけでは無く、一次薄膜片の表面にさらに二次以上の薄膜片が形成されていなくともよい。
【００６０】
また、上記実施例においては、放熱体としてＣＰＵを例に挙げたが、本発明のＴＩＭは他の発熱体に対しても利用可能である。例えば、ＬＥＤ素子等の半導体発光素子とヒートシンク等の放熱体との間に本発明のＴＩＭが用いられてもよい。
【００６１】
上述した実施例における種々の数値、寸法、材料等は、例示に過ぎず、用途に応じて、適宜選択することができる。                                            
【符号の説明】
【００６２】
１０                  ＴＩＭ
１１                  グラファイトシート
１３                  薄膜片
１３ａ                一次薄膜片
１３ｂ                二次薄膜片
１３ｃ                三次薄膜片
１５                  粘着シート
２１                  ＣＰＵ
２１ａ                ヒートスプレッダ
２３                  ヒートシンク
２５                  ＣＰＵ装置
２７                  クーリングファン
３１                  突起を有するローラー
３３                  窪み構造
３５                  平坦なローラー
５０                  熱放散装置
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図５】
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【図６】
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【図１３】
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