(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラファイトシートと、このグラファイトシートの第１面にメッキすることにより形成された第１の金属層と、前記グラファイトシートの第１面とは反対側の第２面にメッキすることにより形成された第２の金属層とを備えた熱伝導シートであって、前記グラファイトシートの端部の一部で前記第１の金属層と前記第２の金属層とが接続され、前記熱伝導シートの端面の一部は前記グラファイトシートの端部が露出していることを特徴とする熱伝導シート。
【請求項２】
前記グラファイトシートの中ほどには貫通孔が設けられ、前記第１の金属層と前記第２の金属層とは前記貫通孔の中に設けられたビア電極により接続されていることを特徴とする請求項１記載の熱伝導シート。
【請求項３】
グラファイトシートに複数個の第１の貫通孔を設ける工程と、前記グラファイトシートの第１面、前記第１面とは反対側の第２面、および前記第１の貫通孔の内側にメッキすることにより金属層を形成する工程と、前記第１の貫通孔を結ぶラインで切断する工程とを備えた熱伝導シートの製造方法。
【請求項４】
前記グラファイトシートの前記第１の貫通孔を結ぶライン以外の部分に前記第１の貫通孔よりも小さい第２の貫通孔を設け、前記第２の貫通孔の内部は前記金属層で埋められていることを特徴とする請求項３記載の熱伝導シートの製造方法。
【請求項５】
グラファイトシートと、このグラファイトシートの第１面にメッキすることにより形成された第１の金属層と、前記グラファイトシートの第１面とは反対側の第２面にメッキすることにより形成された第２の金属層とを備えた熱伝導シートを蛇腹状に折り曲げて重ねることにより形成された熱伝導体であって、この熱伝導体の少なくとも２つの端面の一部には前記グラファイトシートの端部が露出していることを特徴とする熱伝導体。
【請求項６】
前記熱伝導シートの端部の一部には、前記第１の金属層と前記第２の金属層とを接続する複数個の接続部が設けられ、前記熱伝導シートを蛇腹状に折り曲げて重ねたときに前記接続部同士がほぼ同じ位置にくるように形成され、前記接続部同士が接合されていることを特徴とする請求項５記載の熱伝導体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種電子機器に用いられる熱伝導シートおよびこれを用いた熱伝導体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年電子機器の各種機能や処理能力等が急速に向上し、それに伴い半導体素子をはじめとする電子部品からの発熱量は増加する傾向にある。このため半導体素子等の動作特性や信頼性等を保つために効率的な冷却システム、放熱システムが求められている。この目的のために従来からヒートパイプあるいは熱伝導シートのようなもので外部に熱を逃がすことが行われていた。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２５３１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のように、ヒートパイプで熱を逃がそうとすると運べる熱量は多くなるものの、形状や重量も大きくなり、またグラファイトシートを熱伝導シートとして用いようとしても、発熱体の表面とグラファイトシートとの熱的な接触抵抗により十分に熱を伝えるのが難しく、図６のようにグラファイトシート１の表面全体にメッキ層２を形成した場合、グラファイトシート１とメッキ層２との熱膨張率の差により、剥離しやすくなるという課題があった。
【０００６】
本発明はこれらの課題に対し、熱的な接触抵抗を下げ、大きな熱量を伝達することができる信頼性に優れた熱伝導シート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】
【０００７】
本発明は上記課題を解決するために、グラファイトシートと、このグラファイトシートの第１面にメッキすることにより形成された第１の金属層と、グラファイトシートの第１面とは反対側の第２面にメッキすることにより形成された第２の金属層とを備えた熱伝導シートであって、グラファイトシートの端部の一部で第１の金属層と第２の金属層とが接続され、熱伝導シートの端面の一部はグラファイトシートの端部が露出しているように構成したものである。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成により、表面の金属層により発熱体との熱抵抗を下げることを可能とするとともに、グラファイトシートの端部の一部で第１の金属層と第２の金属層とが接続されていることによりグラファイトシートの層間剥離を防止し、さらに熱膨張率の差による歪をグラファイトシート端部の一部をフリーにすることで緩和し、信頼性に優れた熱伝導シートを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態における熱伝導シートの斜視図
【図２】本発明の一実施の形態における熱伝導シートの製造方法を説明する図
【図３】本発明の一実施の形態における熱伝導体の斜視図
【図４】本発明の一実施の形態における熱伝導体の製造方法を説明する図
【図５】本発明の一実施の形態における別の熱伝導体の斜視図
【図６】従来の熱伝導シートの断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態における熱伝導シートについて、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施の形態における熱伝導シートの斜視図であり、厚さ約５０μｍのグラファイトシート１１の上面に第１の金属層１２として厚さ約１０μｍの銅メッキ層が設けられている。グラファイトシート１１には面方向の熱伝導性が優れている熱分解グラファイトシートを用いることが望ましい。グラファイトシート１１の下面にも同様に第２の金属層１３として厚さ約１０μｍの銅メッキ層が設けられている。グラファイトシート１１の端部の一部には第１の金属層１２と第２の金属層１３とを電気的、機械的に接続する接続部１４が設けられている。グラファイトシート１１の端面は、接続部１４以外の部分ではグラファイトが露出するようになっている。
【００１２】
以上のように構成することにより、熱が加わったときにグラファイトとメッキ層との熱膨張率の差による応力をグラファイトの露出部で緩和することができ、信頼性が向上する。さらに通常グラファイトシートは面方向には高い熱伝導性を有するものの厚さ方向にはそれほど高い熱伝導性が得られないが、本実施の形態のように端部の一部が接続部でつながっているため、この接続部を通じて厚さ方向に熱を運ぶことができるため、全体としての熱輸送量を大きくすることができる。
【００１３】
なお、図１のように、グラファイトシート１１の中ほどに貫通孔を設け、その両面に金属層をメッキするときに貫通孔の中にメッキ金属を形成することによりビア電極１５を設けても良い。このようにすることによりさらに厚さ方向の熱伝導性を向上させることができるとともに、剥離強度も向上させることができる。この場合、ビア電極１５は、貫通孔の内部を完全に埋めるように形成することが望ましい。
【００１４】
また、メッキ層の厚さを厚くすると柔軟性が悪くなってくるため、メッキ層の厚さの合計はグラファイトシートの厚さよりも薄くすることが望ましい。
【００１５】
次に本発明の一実施の形態における熱伝導シートの製造方法について説明する。
【００１６】
まず図２（ａ）のように、ポリイミドフィルムを２６００〜３０００℃で熱処理することにより、厚さ約５０μｍの熱分解グラファイトシート１１を得る。
【００１７】
次に図２（ｂ）のように、金型による打ち抜きにより長円状の第１の貫通孔１６を複数個形成する。第１の貫通孔１６を形成する方法は、打ち抜き以外に、レーザ加工による方法を用いてもかまわない。
【００１８】
次に図２（ｃ）のように、グラファイトシート１１全体に厚さ約１０μｍの銅メッキ層１８を形成する。このようにすることにより第１の貫通孔１６の断面にもその上下面とつながったメッキ層が形成され、接続部１４となる。このメッキされたグラファイトシート１１を、図２（ｃ）の点線で切断することによって、個々の熱伝導シート１９を得る。以上のように行うことにより、グラファイトシート１１の上下面および端部の一部で上下面とつながったメッキ層１８を有し、端面の一部ではグラファイトシート１１の端部が露出している熱伝導シート１９を得ることができる。
【００１９】
なお、点線の部分で切断するときに切断しやすいように、第１の貫通孔１６の内側断面のみでメッキ層を形成し、中空状態にすることが望ましい。
【００２０】
さらに第１の貫通孔１６を形成するときに、点線上以外の部分に第２の貫通孔１７を設けても良い。このようにすることにより熱伝導シート１９の中ほどに上下面とつながるビア電極１５を形成することができ、さらに厚さ方向の熱伝導性を向上させることができるとともに、剥離強度も向上させることができる。この場合、ビア電極１５は第２の貫通孔１７の内部全体を埋めるようにすることが望ましい。そのため第２の貫通孔１７の大きさは、第１の貫通孔１６の大きさよりも小さくすることが望ましい。
【００２１】
第２の貫通孔１７の大きさは、あまり大きいとグラファイトシート１１の熱伝導の妨げとなる可能性があるため、直径０．１ｍｍ程度の小さな孔を多数個設けることが望ましく、第２の貫通孔１７とグラファイトシート１１端面との距離の最小値を、第２の貫通孔１７間の距離の最小値よりも大きくすることが望ましい。このようにすることにより、グラファイトシートの層間強度を向上させるとともに、熱膨張率の差に起因する内部歪をもより緩和することができる。
【００２２】
なお、第２の貫通孔１７の内部をビア電極１５で埋めるためには、第２の貫通孔１７の断面形状をテーパ状に形成することが望ましい。このようにすることにより、第２の貫通孔１７の内部をビア電極１５で完全に埋めることができるとともに、第２の貫通孔１７の周辺でメッキ層が盛り上がることを防ぐことができ、シート全体の平坦性を保つことができるため、発熱体、あるいはヒートシンク等との密着性をとりやすくすることができる。
【００２３】
そのためには、グラファイトシート１１の面方向と第２の貫通孔１７の断面とのなす角度（テーパ角）を６０°以下とすることが望ましい。
【００２４】
通常金型でグラファイトシートを打ち抜くと、グラファイトシートは層間の強度が弱いため、テーパ角はほぼ９０°になる。これに対してこのようなテーパ状の断面形状を得るためには、グラファイトシート１１の表面が空気に触れている状態でレーザ加工により第２の貫通孔１７を形成する。グラファイトシート１１は炭素で構成されているため、酸素に触れた状態で高温にすると、酸素と反応して気化する。グラファイトシート１１は面方向の熱伝導率が非常に高いため、レーザ光が照射された部分は気化していくとともに、グラファイトシート１１表面の周囲に熱を拡散する。レーザ光が照射された部分に近いほど高温になるため、より多くの炭素が気化し、テーパ状の断面形状を得ることができる。
【００２５】
次に、以上のようにして得られた熱伝導シート１９を用いた熱伝導体について説明する。
【００２６】
図３は本発明の一実施の形態における熱伝導体の斜視図であり、厚さ約５０μｍの熱分解グラファイトシート１１の第１面にメッキすることにより形成された第１の金属層１２と、グラファイトシートの第１面とは反対側の第２面にメッキすることにより形成された第２の金属層１３とを備えた熱伝導シート１９を蛇腹状に折り曲げて重ねることにより形成された熱伝導体であって、グラファイトシート１１の端部の一部には第１の金属層１２と第２の金属層１３とを電気的、機械的に接続する接続部１４が設けられ、この熱伝導体の両端面の一部にはグラファイトシート１１の端部が露出している。熱分解グラファイトシートでは１００μｍ程度が厚さの限界であったが、このように構成することにより、所望の厚さの熱伝導体を得ることができ、熱伝導に優れた面で熱伝導体の下面から上面までつながっているため、厚さ方向の熱伝導率も高めることができる。さらにこの熱伝導体の両端面の一部にはグラファイトシート１１の端部が露出しているため、熱膨張率の差による歪をグラファイトシート端部の一部をフリーにすることで緩和し、信頼性に優れた熱伝導体を得ることができる。
【００２７】
さらに図３のように、熱伝導シート１９を蛇腹状に折り曲げて重ねたときに接続部１４同士がほぼ同じ位置にくるように形成され、接続部１４同士が接合されていることが望ましい。このようにすることにより、形状が保ちやすくなるとともに、厚さ方向への熱伝導性もさらに高めることができる。
【００２８】
また、グラファイトシート１１の面に形成されたメッキ層同士を折り曲げて重なった部分で接合することにより、さらに厚さ方向への熱伝導性を高めることができるが、柔軟性が損なわれ、発熱素子あるいはヒートシンク等への密着性が劣化する場合がある。その場合、発熱素子あるいはヒートシンク等へ当接させる部分では、メッキ層同士を接合させないことが望ましい。このようにすることにより、当接させる部分でクッション性が出てくるため、発熱素子あるいはヒートシンク等へこの熱伝導体を押し付けることにより、熱的な接触抵抗による熱伝導性の劣化を抑え、全体として熱輸送量を確保することができる。
【００２９】
次に本発明の一実施の形態における熱伝導体の製造方法について説明する。
【００３０】
まず図４（ａ）のように、ポリイミドフィルムを２６００〜３０００℃で熱処理することにより、厚さ約５０μｍの熱分解グラファイトシート１１を得る。
【００３１】
次に図４（ｂ）のように、点線で示した一方向に並んだ長円状の第１の貫通孔１６を複数個形成する。
【００３２】
次に図４（ｃ）のように、グラファイトシート１１全体に厚さ約１０μｍの銅メッキ層１８を形成する。このようにすることにより第１の貫通孔１６の断面にもその上下面とつながったメッキ層が形成され、接続部１４となる。このメッキされたグラファイトシート１１を、図４（ｃ）の点線で切断することによって、熱伝導シート１９を得る。
【００３３】
次に図４（ｃ）の一点鎖線で示した部分で蛇腹状に折り曲げた状態にする。このときそれぞれの接続部１４は、折り曲げられたときにほぼ同じ位置にくるように形成されている。
【００３４】
次に接続部１４同士が重なった部分をおさえながら電流を流して溶接することにより、接続部１４同士を接合させ、図３の熱伝導体を得る。このようにすることにより、両端部で接続部１４同士が接合されているため、所定の形状を保つことができ、さらに両端部の一部にはグラファイトシート１１の端部が露出しているため、熱膨張率の差による歪をグラファイトシート端部の一部をフリーにすることで緩和し、信頼性に優れた熱伝導体を得ることができる。
【００３５】
この場合両端部以外はメッキ層同士が接合されていないため、発熱体またはヒートシンクに当接させたときに、熱伝導体がクッション性を有しているため、接触抵抗を小さくすることができ、実質的な熱伝導性を向上させることができる。
【００３６】
なお熱伝導シートを折り曲げやすくするためには、図４（ｃ）の一点鎖線で示した折り曲げ部分のメッキ層の厚さを他の部分よりも薄くする、あるいはこの部分のみメッキ層を形成しないようにすることが望ましい。熱分解グラファイトシートは非常に柔軟性を有しているため、このようにすることにより、さらに折り曲げが容易となる。
【００３７】
また図５のように、熱伝導体の発熱体２０と当接させる面とは反対側の面に、メッキ層の凹凸２１を形成しても良い。このようにすることにより、発熱体で発生した熱を伝導させるとともに、凹凸２１から空気中へ放熱させることができるため、さらに発熱体２０の温度を下げることができる。この凹凸２１はメッキ層にマスキングを行い部分的にメッキする、あるいは部分的にエッチングすることにより、メッキ層の厚さを部分的に異ならせることによって形成することができる。さらに部分的にメッキ層がないようにしてもかまわない。さらに、凹凸２１の形状は図５のような点状でも、あるいは線状に形成したものでもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る熱伝導シートおよびその製造方法およびこれを用いた熱伝導体は、発熱体との熱抵抗を下げることを可能とするとともに、信頼性に優れた熱伝導シートおよび熱伝導体を得ることができ、産業上有用である。
【符号の説明】
【００３９】
１１  グラファイトシート
１２  第１の金属層
１３  第２の金属層
１４  接続部
１５  ビア電極
１６  第１の貫通孔
１７  第２の貫通孔
１８  メッキ層
１９  熱伝導シート
２０  発熱体
２１  凹凸
【図１】
0005938577.tif 000002
【図２】
0005938577.tif 000003
【図３】
0005938577.tif 000004
【図４】
0005938577.tif 000005
【図５】
0005938577.tif 000006
【図６】
0005938577.tif 000007