(57)【要約】【課題】放熱シートの熱伝導率を、放熱シートの柔軟性を犠牲にすることなく、大きくする。【解決手段】樹脂材料１１と樹脂材料より熱伝導率の高い材料でできたエキスパンドシート１００を含み、エキスパンドシート１００の開口部５３に前記樹脂材料が充填されている放熱シート２００において、エキスパンドシート１００は、幅Ｌの間隔をおいて、互いに平行な山折り部と谷折り部とが交互に連続して形成されて全体として所定厚みのシート状をなしており、前記山折り部の頂部には適数個のスリット５１が形成され、前記谷折り部の頂部には前記山折りに形成されたスリットと千鳥状をなす位置に適数個のスリット５１が形成されており、各スリット部が山折り部および谷折り部に直交する方向に拡開することで前記開口部５３が形成されている。【選択図】図５
2018041804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂材料と前記樹脂材料より熱伝導率の高い材料でできたエキスパンドシートを含み、前記エキスパンドシートの開口部に前記樹脂材料が充填されている放熱シートであって、
前記エキスパンドシートは、互いに平行な山折り部と谷折り部とが交互に連続して形成されて全体として所定厚みのシート状をなしており、前記山折り部の頂部には適数個のスリットが形成され、前記谷折り部の頂部には前記山折りに形成されたスリットと千鳥状をなす位置に適数個のスリットが形成されており、前記各スリット部が山折り部および谷折り部に直交する方向に拡開することで前記開口部を形成していることを特徴とする放熱シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば発熱する電子部品からの発熱を外部に放熱するのに好適な放熱シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＰＵのような自ら発熱する電子部品は、過度に昇温すると適正に作動しなくなる恐れがある。それを回避するために、適宜の冷却デバイスが電子部品とともに用いられる。そのような冷却デバイスの一例として、特許文献１に記載される放熱シートや特許文献２に記載される熱輸送デバイスが挙げられる。
【０００３】
特許文献１に記載の放熱シートは、熱伝導性接着剤層とその熱伝導性接着剤層を担持するエキスパンドシートより構成されている。特許文献２に記載の熱輸送デバイスは、ハウジング内に封入された作動流体と、ハウジング内に設けられ作動流体の流路を形成するエキスパンドシートと、毛細管構造体とで構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２９１８１０号公報
【特許文献２】特開２０１１−８６７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載される放熱シートにおいても、特許文献２に記載される熱輸送デバイスにおいても、エキスパンドシートは、姿勢保持等の構造部材としての機能と、伝熱性あるいは放熱性を確保する熱伝導パスとしての機能を備えている。特許文献１および特許文献２にも記載されているように、従来、この種の放熱シート等で用いられるエキスパンドシート１０は、図１０（ａ）に示すように、薄板状の金属シート１に、幅Ｌの間隔で、千鳥状に多列に切込みとしてのスリット２・・を入れ、それをスリット２の方向に直交する方向にシート１を引き延ばすことで形成される。図１０（ｂ）は、そのようにして形成された従来のエキスパンドシート１０の一例であり、引き延ばすことで前記スリット２・・の箇所がスリット２の形成方向に直交する方向に次第に拡開され、その拡開によって前記スリット２の箇所は菱形の開口部３・・に変形する。
【０００６】
この形態のエキスパンドシート１０は、薄板状のシート１を単に引き延ばしたものであることから、図１０（ｃ）に図１０（ｂ）のＡ−Ａ線での断面図を示すように、連結部４の領域では、隣接するスリット２、２間の距離Ｌの２倍（２Ｌ）の幅を有しているが、連結部４と連結部４との間であるストランド部５では、隣接するスリット間の距離Ｌの幅となっている。
【０００７】
図１１（ａ）は、このエキスパンドシート１０の開口部３にマトリックスとしての樹脂材料１１を充填して形成した放熱シート２０の平面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＢ−Ｂ線による断面図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）のＣ−Ｃ線による断面図である。図示のように、エキスパンドシート１０は全体が樹脂材料１１中に埋入しており、エキスパンドシート１０の開口部３には樹脂材料１１が充填されている。この形態の放熱シート２０において、図１１（ｂ）に示すように、エキスパンドシート１０における前記連結部４は、放熱シート２０の厚みＳを規制していて、放熱シート２０の上面２０ａと下面２０ｂとの間の全域に亘るようにして、連結部４が位置している。そして、連結部４の上端部４ａは放熱シート２０の上面２０ａ側に露出してあるいはごく近接して位置しており、連結部４の下端部４ｂは放熱シート２０の下面２０ｂ側に露出してあるいはごく近接して位置している。
【０００８】
一方、図１１（ｃ）に示すように、前記ストランド部５では、その幅Ｌが連結部４の幅２Ｌの１／２であることから、図で上位に位置するストランド部５Ｕの上端部５ａは放熱シート２０の上面２０ａ側に露出してあるいはごく近接して位置しているが、その下端部５ｂは放熱シート２０の厚み方向のほぼ中間部に位置していて、放熱シート２０の下面２０ｂ側には達していない。また、図で下位に位置するストランド部５Ｄの下端部５ｂは放熱シート２０の下面２０ｂ側に露出してあるいはごく近接して位置しているが、その上端部５ａは放熱シート２０の厚み方向のほぼ中間部に位置していて、放熱シート２０の上面２０ａ側には達していない。
【０００９】
そのために、従来のこの形態の放熱シート２０では、エキスパンドシート１０における連結部４が位置する部位とストランド部５が位置する部位とでは、熱伝導パスとしての機能に差が出るのを避けられず、結果、放熱シート２０全体としてみた場合、エキスパンドシート１０による熱伝導パスの形成が不十分とならざるを得ず、高熱伝導化するためにはエキスパンドシート１０の放熱シート２０に占める割合を高めることが必要とされている。このことは、樹脂材料の比率を下げることを意味しており、放熱シート２０の柔軟性を犠牲にせざるを得なくなっている。
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、放熱シートにおけるエキスパンドシートと樹脂材料の構成比率は従来の放熱シートとほぼ同じであることで、所要の柔軟性を保持することができながら、より高い熱伝導性を確保することができる放熱シートを開示することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による放熱シートは、樹脂材料と前記樹脂材料より熱伝導率の高い材料でできたエキスパンドシートを含み、前記エキスパンドシートの開口部に前記樹脂材料が充填されている放熱シートであって、前記エキスパンドシートは、互いに平行な山折り部と谷折り部とが交互に連続して形成されて全体として所定厚みのシート状をなしており、前記山折り部の頂部には適数個のスリットが形成され、前記谷折り部の頂部には前記山折りに形成されたスリットと千鳥状をなす位置に適数個のスリットが形成されており、前記各スリット部が山折り部および谷折り部に直交する方向に拡開することで前記開口部を形成していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、柔軟性を犠牲にすることなく、高い熱伝導性を備えた放熱シートが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】放熱シートで用いるエキスパンドシートをその製造工程とともに説明する第１の図。
【図２】図１に続く第２の図。
【図３】図２に続く第３の図。
【図４】エキスパンドシートの一部を拡大して示す平面図。
【図５】本発明による放熱シートの一例を示す平面図。
【図６】本発明による放熱シートを製造する工程を説明する第１の図。
【図７】本発明による放熱シートを製造する工程を説明する第２の図。
【図８】図５のＤ−Ｄ線に沿う断面図。
【図９】図５のＥ−Ｅ線に沿う断面図。
【図１０】従来の放熱シートで用いられているエキスパンドシートを説明するための図。
【図１１】従来の放熱シートを説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明による放熱シートの一実施の形態を説明する。
【００１５】
最初に、本発明の放熱シートで用いるエキスパンドシートの一例をその製造工程とともに説明する。以下の記載では、一方向に引き延ばすことで形状を変えることのできる材料を用いてエキスパンドシートを製造する場合を説明するが、最終的に同じ形状のものを得られる場合には、引き延ばし以外の方法で製造されるエキスパンドシートも本発明の範囲である。
【００１６】
エキスパンドシートの素材としては、金属、セラミックス、グラファイト等を挙げることができる。金属としては、銅、アルミ、金、銀、ニッケル、亜鉛、等を例示できる。セラミックスとしては、アルミナ、シリカ、窒化ホウ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、等を例示できる。好ましくは、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるそれらの単一または複合材料である。素材は、好ましくは１０μｍ〜５００μｍの薄板状の原シート５０とされる。
【００１７】
図１に示すよう、最初に、薄板状の原シート５０に対して、従来のエキスパンドシートの製造方法と同様に、適宜の工作機械を用いて、好ましくは列と列との間の幅Ｌが０．０５ｍｍ〜５ｍｍ程度となるようにして、多列に適数個のスリット５１を形成する。その際に、隣接する列でのスリット５１は、互いに千鳥状となるように、形成する。次に、各列のスリット５１の位置で、原シート５０に互いに平行な山折りと谷折りの折り目を交互に付ける。この折り目付けは、手作業で行ってもよく、図２に示すように、折り曲げ歯６１を多列に備えた上下のプレス６０、６０の間に原シート５０を配置し、プレス６０、６０を接近させることで、折り目付けを行うこともできる。図３は、折り目付けされた原シート５２を側面視で示している。なお、折り曲げ歯６１にスリット形成用の切り込み刃を取り付けたプレスを用いることにより、スリット５１の形成と折り曲げ加工とを同時に行うこともできる。
【００１８】
次に、図３に示す折り目付けされた原シート５２を、図３で示す矢印の方向に、すなわち、スリット５１に直交する方向に所要距離だけ引き延ばす。それにより、前記スリット５１の箇所は次第に拡開されていき、その拡開によって、各スリット５１は菱形の開口部５３に変形する。それにより、本発明の放熱シート２００で用いるエキスパンドシート１００が製造される。図４は、そのようにして製造されたエキスパンドシート１００の一部を拡大して示している。
【００１９】
このエキスパンドシート１００では、スリット５１の各列ごとに山折りと谷折りを反復させることで全体として所定厚みのシート状とされているので、それを折り目に直交する方向に、すなわちスリット５１の方向に直交する方向に引き延ばして開口部５３を形成したときに、形成された開口部５３の周囲における、前記山折り部の頂部および谷折り部の頂部での前記スリット５１が形成されていない個所である連結部５４の領域の上下方向の幅は、隣接するスリット列間の距離Ｌの幅となり、連結部５４と連結部５４との間である、前記頂部にスリット５１が形成された領域であるストランド部５５においても、隣接するスリット列間の距離Ｌの幅となる。そして、引き延ばし距離を調節することで、エキスパンドシート１００全体の厚みと開口部５３の大きさを変えることができ、また、どのような厚みとしても、前記連結部５４とストランド部５５は同じ幅Ｌのものとなる。
【００２０】
上記エキスパンドシート１００の開口部５３に、従来のエキスパンドシートと同様にして、マトリックスとしての樹脂材料１１を充填することで、放熱シート２００とされる。図５は、放熱シート２００の平面図であり、エキスパンドシート１００の全体が樹脂材料１１中に埋入しており、エキスパンドシート１００の開口部５３には樹脂材料１１が充填されている。
【００２１】
なお、前記樹脂材料１１は、樹脂単体でもよく、機能向上のためにフィラーを充填した樹脂であってもよい。樹脂としては、湿気硬化型、常温硬化型（１液タイプ、２液混合タイプのいずれも可）のシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、等の熱硬化型樹脂、あるいは、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイト樹脂、ポリイミド樹脂、等の熱可塑性樹脂を例示できる。フィラーとしては、銅、アルミ、銀、ニッケル、亜鉛、等の金属充填材、アルミナ、シリカ、窒化ホウ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、グラファイト、等の無機充填材、を例示できる。
【００２２】
樹脂材料１１の充填は任意の方法で行うことができる。図６および図７はその一例を示しており、図６に示すように、形成したエキスパンドシート１００を金型３００に入れ、端部をピン３０１などで抑えて寸法を固定する。そして、その上から、前記した樹脂材料１１を流し込む。次に、図７に示すように、金型３００に蓋３０２をして高さを整えた後、恒温槽に投入し、樹脂材料を加熱硬化させる。冷却後に、型から取り外すことで、図５に示したような放熱シート２００を得ることができる。
【００２３】
図８は、図５のＤ−Ｄ線での断面図であり、エキスパンドシート１００の山折り部における前記連結部５４の部位が示される。図９は、図５のＥ−Ｅ線での断面図であり、エキスパンドシート１００の前記ストランド部５５の部位が示される。前記のように、このエキスパンドシート１００では、連結部５４の部位で薄板状の原シート５０は山折りまたは谷折りがされており、図８に山折り部での断面を示すように、当該山折り部でのスリット５１が形成されていない部位である前記連結部５４では、上端部５４ａから下方に向けて幅Ｌである原シート５０がハ字状に拡開した状態となっている。そして、その上端部５４ａは、放熱シート２００の上面２００ａ側に露出してあるいはごく近接して位置しており、ハ字状に拡開した２つの下端部５４ｂ、５４ｂは、放熱シート２００の下面２００ｂ側に露出してあるいはごく近接して位置している。このことは、谷折り部での連結部５４でも、上下の方向は反転するが、同様である。
【００２４】
また、前記ストランド部５５も、連結部５４と同じ幅Ｌを有していることからストランド部５５の上端部５５ａは、放熱シート２００の上面２００ａ側に露出してあるいはごく近接して位置しており、ストランド部５５の下端部５５ｂも放熱シート２００の下面２００ｂ側に露出してあるいはごく近接して位置している。
【００２５】
そのために、上記の放熱シート２００では、エキスパンドシート１００における連結部５４が位置する部位とストランド部５５が位置する部位との双方が、同じように熱伝導パスとしての機能を果たすことが可能である。結果、放熱シート２００全体としてみた場合、どの部位でも厚み方向に柱状のエキスパンドシートがほぼ均一に存在することとなり、従来のエキスパンドシートと比較して、実質上、より多くの熱伝導パスが形成されることとなる。そのために、上記の放熱シート２００では、樹脂材料１１の比率を下げることなく、すなわち、放熱シート２００の柔軟性を維持したままで、高い熱伝導性を確保することが可能となる。
【００２６】
さらに、エキスパンドシート１００は、山折り部と谷折り部とが反復している構成であることから、構造的な強度も強くなっており、ＣＰＵのような自ら発熱する電子部品に対する取り付け方の自由度が大きくなる利点もある。また、平面だけでなく、凹凸、Ｒ面等のワーク形状にも追従可能であり、使用場所も広がってくる。使用の態様も、樹脂充填後の放熱シート２００を使用することはもちろん、ワーク側にエキスパンドシート１００のみを密着した状態としたところに、樹脂材料１１を充填して放熱シート２００とするような使用態様も可能となる。
【００２７】
全容積に対するエキスパンドシート１００の占める体積分率に特に制限はないが、５％以上、８０％以下であることが望ましい。５％未満では、熱伝導率を高めることができず放熱材として有用でない。また放熱に寄与しないエキスパンドシート開口部が広くなり、放熱シート内での伝熱ムラが大きくなるため製品内で想定外の高温部ができる可能性がある。８０％を超えると、高い熱伝導率の放熱シートとなるが、硬くなりすぎて製品との界面熱抵抗が大きくなり、所望の放熱性能が得られない。また、エキスパンドシート１００のアスペクト比（図９での寸法Ａ：Ｂ）も特に制限はないが、１：３以上、１：１０以下が好ましい。なお、図９での寸法Ａは、原シート５０の厚みに相当し、寸法Ｂはスリット列間の幅Ｌに相当する。アスペクト比が１：３未満であると、圧縮応力に対するエキスパンドシートの厚み方向の柔軟性が低くなり、放熱シートとしての柔軟性が損なわれるため、製品との界面熱抵抗が大きくなり、所望の放熱性能が得られない。１：１０を超えると、放熱シートは開口部を持つためエキスパンドシートの体積分率を上げることができず、高熱伝導化できない。
【００２８】
さらに、傾斜角度（図９での傾斜角度Ａ°）にも特に制限はないが、３０°以上、９０°未満が好ましい。３０°未満では、熱伝達に寄与するエキスパンドシートの厚み方向に対する熱伝搬距離が長くなり、また体積分率を上げることも出来ないため、熱伝導率を高めることができない。なお、この厚み方向への傾斜角度は、折り目付けされた原シート５２の引き延ばし量を変えることで、開口部５３の形状ともに、任意に調整することができる。それにより、放熱シート２００の熱伝導率および柔軟性を、適宜調整することが可能となる。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例と比較例により、本発明による放熱シート２００の優位性を説明する。
【００３０】
［実施例品］
薄板状の原シート５０である２００μｍ厚の純Ｃｕ箔に、プレス加工でスリット５１・・を千鳥状に入れた。スリット５１とスリット５１の間の幅Ｌ（スリット列間の幅）は、仕上がり厚みが１ｍｍになるように傾斜角度を考慮して定めた。スリットの箇所で山折りと谷折りを交互に繰り返して、所定厚みのシート状をなす折り目付けされた原シート５２とした。それを折り曲げ方向に直交する方向に引き延ばして、エキスパンドシート１００とした。
【００３１】
作成したエキスパンドシート１００に、図６および図７に示したようにして、樹脂材料１１としての液状シリコーン樹脂を含浸、充填した後、恒温槽にて加熱硬化させた。なお、用いたシリコーン樹脂は、信越化学製ＫＥ−１８７０（付加反応型）であり、硬化条件１５０℃×３０分、粘度４００ｍＰａ・ｓ、硬化後硬さ１５（デュロメータＡ）である。
【００３２】
エキスパンドシート１００の作製時に、引き延ばし量と傾斜角度Ａ°（図９参照）を変え、表１に示す、エキスパンドシート（Ｃｕ）の体積分率が異なる放熱シート１〜４を作成した。
【００３３】
［比較例品］
同じ素材を用い、図１０に基づき説明した従来法により、エキスパンドシート１０を作製した。すなわち、各スリットの長さおよびスリット間の距離Ｌは、実施例でのエキスパンドシート１００の場合と同じとし、山折りと谷折りの折り返しは形成しないで、引き延ばしを行った。
【００３４】
エキスパンドシート１００の作製時に、引き延ばし量を変え、表１に示す、エキスパンドシート（Ｃｕ）の体積分率が異なる放熱シート１〜３を作成した。なお、比較例１〜３の傾斜角度Ａ°は、図１１（ｂ）に示す傾斜角度Ａ°である。
【００３５】
［特性試験］
実施例品１〜４、比較例品１〜３について、定常法により、熱伝導率を測定した。その結果を表１に示した。
【００３６】
【表１】
2018041804.tif 000003
【００３７】
［評価］
実施例品１、２、３と比較例品１、２、３は、エキスパンドシートと樹脂の体積分率および寸法は同じであるが、特性、すなわち熱伝導率は、いずれも実施例品の方が比較例品よりも高くなっている。これは、本発明による放熱シートにおいては、エキスパンドシートとして「互いに平行な山折り部と谷折り部とが交互に連続して形成されて全体として所定厚みのシート状をなしており、前記山折り部の頂部には適数個のスリットが形成され、前記谷折り部の頂部には前記山折りに形成されたスリットと千鳥状をなす位置に適数個のスリットが形成されており、前記各スリット部が山折り部および谷折り部に直交する方向に拡開することで前記開口部を形成している」形態のものを用いた結果、熱伝導パスが、比較例品と比較して、実質上多くなった結果である。
【００３８】
また、実施例品４は、実施例品２とエキスパンドシートと樹脂の体積分率および仕上がり厚みは同じであるが、熱伝導率は実施例品２よりも大きくなっている。これは、前記傾斜角度Ａ°が、実施例品２が６０°であるのに対して、実施例品４は、８５°であることによる。すなわち、本発明での熱伝導率は厚み方向での熱伝導率であり、熱はエキスパンドシートを通って伝達するため、厚み方向に立っている方が伝搬距離が短くなり熱伝導率が大きくなる。従って、傾斜角度Ａ°が大きくなると熱伝導率も大きくなる。このことから、前記傾斜角度Ａ°を適宜調整することで、熱伝導率を調整することが可能であることもわかる。
【符号の説明】
【００３９】
１１…マトリックスとしての樹脂材料、
５０…エキスパンドシートの素材である原シート、
５１…スリット、
５２…折り目付けされた原シート、
５３…開口部、
５４…連結部、
５４ａ…連結部の上端部、
５４ｂ…連結部の下端部、
５５…ストランド部、
５５ａ…ストランド部の上端部、
５５ｂ…ストランド部の下端部、
１００…エキスパンドシート、
２００…放熱シート、
２００ａ…放熱シートの上面、
２００ｂ…放熱シートの下面、
３００…金型、
３０１…ピン、
３０２…蓋、
Ｌ…山折り部と谷折り部との幅（スリット列間の幅）。
【図１】
2018041804.tif 000004
【図２】
2018041804.tif 000005
【図３】
2018041804.tif 000006
【図４】
2018041804.tif 000007
【図５】
2018041804.tif 000008
【図６】
2018041804.tif 000009
【図７】
2018041804.tif 000010
【図８】
2018041804.tif 000011
【図９】
2018041804.tif 000012
【図１０】
2018041804.tif 000013
【図１１】
2018041804.tif 000014