(57)【要約】【課題】本発明は、グラファイト小片を有する熱伝導性シートにおいて膜厚方向の熱伝導性の向上を目的とする。【解決手段】特に、高分子材料からなるシート基体６と、このシート基体６に含有させた複数のグラファイト小片７とを備えた熱伝導性シート８において、グラファイト小片７をシート基体６の膜厚方向に配向させるとともに、シート基体６内において均一に分散させた構成とすることにより、熱伝導性シートの膜厚方向における熱伝導性を向上させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子材料からなるシート基体と、このシート基体に含有させた複数のグラファイト小片とを備え、前記グラファイト小片を前記シートの膜厚方向に配向させるとともに、前記シート基体内において均一に分散させたことを特徴とする熱伝導性シート。
【請求項２】
シート基体はグラファイト小片の配向方向に略平行に積み重ねた積層構造であることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のグラファイト小片を含有する熱伝導性シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ハードディスクに用いられるＬＳＩやパワーアンプに用いられるＩＣなどの発熱電子部品は、その温度上昇に伴いそれを用いた電子製品に対して悪影響を及ぼしてしまうため、その放熱対策として図１に示されるように発熱電子部品１とそのヒートシンクとなる放熱部材２との間に熱伝導性シート３が設けられている。
【０００３】
そして、この種の熱伝導性シート３は、高分子材料からなるシートにグラファイトなどの熱伝導性材料が充填されたものが用いられており、従来、この熱伝導性シート３の熱伝導性を上げることを目的として熱伝導性材料を膜厚方向に配向させるべく、図４に示すように熱伝導性シート３に対して磁石５により磁場をかけ、熱伝導材料をシートの膜厚方向に配向させていた。
【０００４】
なお、この出願に関する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２０００−２８１９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような工法を用いて形成された熱伝導性シートにおいては、磁場を用いて熱伝導性材料を配向する過程で、熱伝導性材料に対して磁場による影響のみならず重力の影響も加わることとなり、磁場による影響により熱伝導性材料は所定の方向に配向するものの、重力の影響により沈下してしまい、これにより熱伝導性シートの上層部と下層部において熱伝導度に差ができてしまい、結果的に所望の熱伝導性を得ることが困難となっていた。
【０００６】
そこで本発明は、熱伝導性シートにおける膜厚方向の熱伝導性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そして、この目的を達成するために本発明は、熱伝導性シートを高分子材料からなるシート基体と、このシート基体に含有させた複数のグラファイト小片とから構成し、グラファイト小片をシート基体の膜厚方向に配向させるとともに、シート基体内において均一に分散させた構成としたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この構成により、熱伝導性シートの膜厚方向における熱伝導性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、上述した背景技術と同様の構成については同じ符号を付して説明する。
【００１０】
図１は携帯電話などの電子機器の内部構造を模式的に示したもので、回路基板４上にパワーアンプなどの発熱電子部品１が実装され、この発熱電子部品１の上方にヒートシンクとなる放熱部材２を配置した構造を示している。
【００１１】
また、このような電子機器を構成する上では、発熱電子部品１とそのヒートシンクとなる放熱部材２との間には設計上クリアランス空間が必要となる。これは、発熱電子部品１を回路基板４上に実装する際の半田量のバラツキなどによって回路基板４から発熱電子部品１上面までの高さが増減することに対応するためである。
【００１２】
よってこのようなクリアランス空間には熱伝導性が悪い空気層が介在することになり、結果的に発熱電子部品１から放熱部材２に至る熱伝導経路における熱伝導性が低くなってしまうため、このクリアランス空間を熱伝導性の高い熱伝導性シート３で埋めることで、放熱効率を高めた構成としている。
【００１３】
よって、発熱電子部品１と放熱部材２とのクリアランス空間に設けられる熱伝導性シート３は、発熱電子部品１と放熱部材２の両方に当接し、熱伝導効率の低い空気層の介在を阻止すべく、クリアランス空間の幅変動に応じて厚みが変わるよう弾力性を有すること、及び熱伝導性シートの膜厚方向、つまり発熱電子部品１から放熱部材２に至る方向への高い熱伝導性を有することが重要となる。
【００１４】
そこでこの一実施形態の熱伝導性シートは図２に示すよう、弾力性のある高分子材料からなるシート基体６内に複数のグラファイト小片７を含有させ、このグラファイト小片７をシート基体６の膜厚方向に配向させるとともに、シート基体６において均一に分散させた構成としたのである。
【００１５】
なお、グラファイト小片７はポリイミドなどの高分子樹脂シートを１２００度以上の温度で炭化させ、その後、２６００度以上の温度でグラファイト化し、炭素が２次元的に密な結合をした炭素層の多層構造のものを用いたため、粉末状の黒鉛や金属等を用いた物に比べて、グラファイト小片７の配向方向にグラファイト内における原子結合が連続的に存するため、熱伝導性シート８の膜厚方向の熱伝導度を高めることができるのである。
【００１６】
このような熱伝導性シート８は、グラファイト小片７を膜厚方向に配向させていることにより、発熱電子部品１から放熱部材２方向の熱伝導性が高く、また、シート内においてグラファイト小片７が均一に分散されていることから先に述べたように膜厚方向の上層部と下層部とにおいて熱伝導度の差が抑制されるため、シート全体として非常に高い熱伝導性を得ることができるのである。
【００１７】
さらに、シート基体６が弾力性を有することにより、図１に示す発熱電子部品１とそのヒートシンクとなる放熱部材２との間のクリアランス空間の間隔が多少変動したとしてもシート基体６の弾力性によりその間隔変動を吸収できるようになり、常に発熱電子部品１と放熱部材２との両方に対して当接させることができ、組み立て上のバラツキにも十分に対応させることができるのである。また、発熱電子部品１、放熱部材２の表面に凹凸があるような形態においてもこの弾力性により対応することができるのである。
【００１８】
なお、シート基体６を形成する高分子材料として熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性樹脂、架橋ゴムなどの高分子材料を用いることができ、中でも弾力性があり、硬化の過程を途中で止めることができ、粘度や硬度を自由に変化させることができる架橋ゴムが最も好ましい材料となるものである。
【００１９】
また、高分子材料を形成するシート基体６には、気泡を内在する軟質樹脂発泡体を用いることも考えることができるが、この場合シート基体６に内在する気泡により熱伝導度が下がってしまうため、気泡を内在させない高分子材料であることが望ましい。
【００２０】
そして、このような熱伝導性シート８の製造方法を、図３を用いて以下に示す。なお、ここで挙げる熱伝導性シート８においては、シート基体６を形成する高分子材料として架橋ゴムの一種であるシリコンゴムを例に挙げて説明する。
【００２１】
まず、大判のグラファイトシート（図示せず）を裁断することによりグラファイト小片７を形成し、ここで得られたグラファイト小片７を液状の高分子材料９にて混合し十分に攪拌した状態とし、このグラファイト小片７を含有した液状の高分子材料９を、例えば厚さが１ｍｍ程度になるよう下金型１０に流し込む。
【００２２】
次に、下金型１０に流し込まれたグラファイト小片７を含有した液状の高分子材料９を上金型１１でプレスしながら８０℃〜１００℃程度で加熱する事により半硬化させ、例えば０．５ｍｍ程度の膜厚を持つゲル状単層シート１２を形成する。
【００２３】
なお、ゲル状単層シート１２を形成するプレス方法としては、先に述べた上下金型１０，１１を用いた金型プレス工法の他にロールプレス工法なども考えられるが、ゲル状単層シート１２の形状が安定することや、プレスと過熱とを同時に行うことが容易であることから、金型プレス工法を実施することが好ましい。
【００２４】
なお、このプレス工程においては、液状の高分子材料９内において配向性を持たなかったグラファイト小片７がプレスによる厚みの変動に伴う流動場によってプレス方向に対して垂直方向に配向することになる。
【００２５】
この時、１ｍｍという薄い液状の高分子材料９をプレスして０．５ｍｍというさらに薄いゲル状単層シート１２に加工する際、内在するグラファイト小片７を配向させるには、さほど大きな力は必要としないため、必要以上にゲル状単層シート１２を硬くすることなく、このプレス時にゲル状単層シート１２の弾力性を損なうことを抑制することができるのである。
【００２６】
その後、このゲル状単層シート１２を複数枚、膜厚方向に積み重ね１３０℃以上で加熱して接合させ、積層体１３を形成する。
【００２７】
次に、この積層体１３の積層面に対して垂直方向に刃１４を入れ、所定の間隔で切断することで熱伝導性シート８を形成するのである。なお、積層体１３の切断幅が熱伝導性シート８の膜厚となり、切断面が熱伝導性シート８における、放熱部材２や発熱電子部品１との当接面となるのである。
【００２８】
このようにして作製された熱伝導性シート８は、製造過程において、従来課題としていた重力の影響を受けるのは、シート基体６が液状体であるときであり、このとき液状の高分子材料９により形成されるゲル状単層シート１２が非常に薄いものであることから、この膜厚が非常に薄い状態の中でグラファイト小片７が沈下したとしても、その範囲は狭く、ましてこのゲル状単層シート１２を多層積層してシート形成した熱伝導性シート８においてはその影響は非常に微々たるものとなる為、熱伝導性シート８の内面方向におけるグラファイト小片７の分散度合いを均一なものとできるのである。
【００２９】
また、グラファイト小片７の配向方向における分散については、先で述べたように液状の高分子材料９内にグラファイト小片７を十分に攪拌した状態で下金型１０に流し込むことで形成されるため、この時点での分散度合いは十分に確保され、この状態のものをプレスしゲル状単層シート１２を形成するものであるためこの配向方向における分散度合いも十分に確保されるのである。
【００３０】
なお、高分子材料としてシリコンゴムなどの架橋ゴムの代わりに、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマーを用いた場合は、図３において、高分子材料を加熱により液状化した後に、グラファイト小片７を含んだ高分子材料９を下金型１０に流し込み、上金型１１でプレスするとともに金型内にて温度を下げ半硬化させ、ゲル状単層シート１２を形成する。その後、このゲル状単層シート１２を複数枚、膜厚方向に積層してプレス工程時の温度よりも下げて硬化させ、積層体１３を形成する。この時、積層体１３を完全に硬化しきらない温度まで下げることにより弾力性を保つことができる。次に、積層体１３の積層面に対して垂直方向に切断し、熱伝導性シート８を形成すればよい。
【００３１】
また、高分子材料として熱硬化性樹脂を用いた場合は、図３において、グラファイト小片７を含んだ液状の高分子材料９を下金型１０に流し込み、上金型１１でプレスするとともに金型内にて温度を上げ半硬化させ、ゲル状単層シート１２を形成する。その後、このゲル状単層シート１２を複数枚、膜厚方向に積層してプレス工程時の温度よりも上げて硬化させ、積層体１３を形成する。この時、積層体１３を完全に硬化しきらない温度まで上げることにより弾力性を保つことができる。次に、積層体１３の積層面に対して垂直方向に切断し、熱伝導性シート８を形成すればよい。
【００３２】
なお、高分子材料として架橋ゴム、あるいは熱硬化性樹脂を用いた場合の他の方法としては、図３において、グラファイト小片７を含んだ液状の高分子材料９を下金型１０に流し込み、上金型１１でプレスするとともに、空気中の水分と反応させる、あるいは積極的に水分を含ませることで半硬化させ、ゲル状単層シート１２を形成する。その後、このゲル状単層シート１２を複数枚、膜厚方向に積層してさらに空気中の水分と反応させる、あるいは積極的に水分と反応させることにより硬化させ、積層体１３を形成し、この積層面に対して垂直方向に、積層体１３を刃１４等により切断し、熱伝導性シート８を形成することもできる。
【００３３】
従って、このようにして形成された熱伝導性シート８は、グラファイト小片７の配向方向に平行に積み重ねた積層構造となり、これにより高い熱伝導性を得ることができるのである。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の熱伝導性シートは、膜厚方向の熱伝導性が高いという効果を有し、携帯電話などの小型電子機器において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】熱伝導性シートを用いた電子機器の模式図
【図２】本発明の一実施形態における熱伝導性シートを示す模式図
【図３】同熱伝導性シートの製造方法を示す工程図
【図４】従来の熱伝導性シートの製造方法を示す模式図
【符号の説明】
【００３６】
６  シート基体
７  グラファイト小片
８  熱伝導性シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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