(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体の上に設けられ、前記基体の熱を外部へ放熱させる樹脂構造体であって、
前記基体の上に設けられ、水系塗料と、平均粒径３０μｍ以上１５０μｍ以下のフィラーと、を含む水系塗料層と、
前記水系塗料層の上に設けられ、熱硬化性樹脂を含む樹脂層と、
を含み、
前記フィラーは、遠赤外線放射率０．８以上であり、前記フィラーの重心を通る長軸と短軸との平均アスペクト比が１以上１２以下であって、
前記フィラーの全数のうち８０％以上は、前記フィラーの重心を通る前記長軸が前記水系塗料層の前記水系塗料の厚さと前記樹脂層の前記熱硬化性樹脂の厚さとの合計厚さの１．７倍以上の長さを有する、樹脂構造体。
【請求項２】
前記フィラーは、球状、錐体または多面体の形状を有する、請求項１に記載の樹脂構造体。
【請求項３】
前記フィラーの全数のうち６０％以上は、前記長軸の方向が前記基体に垂直な方向に配向している、請求項１又は２に記載の樹脂構造体。
【請求項４】
前記フィラーは、隣接する２つのフィラー間の間隔が前記フィラーの平均粒径以下となるように配置されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の樹脂構造体。
【請求項５】
前記フィラーの含有率は、前記水系塗料層の組成中６０体積％以上８５体積％以下である、請求項１から４のいずれか一項に記載の樹脂構造体。
【請求項６】
前記水系塗料層及び前記樹脂層の合計厚さは、５０μｍ以下である、請求項１から５のいずれか一項に記載の樹脂構造体。
【請求項７】
前記基体は、電子部品の外面であって、請求項１から６のいずれか一項に記載の樹脂構造体を、前記電子部品の外面に有する、樹脂構造体付き電子部品。
【請求項８】
請求項７に記載の電子部品を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体の熱を熱放射により外部へ放熱させる樹脂構造体とその構造体を用いた電子部品及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーデバイスや半導体パッケージの小型化・高密度化に伴い、機器の発熱密度が高くなっている。そのため、機器内に搭載された電子部品では、動作保証温度を超えないように、部品個々から発生する熱を効率良く放熱させる技術が必須になっている。
【０００３】
通常、商品の放熱手段として一般的に対流を利用したフィンや熱伝導を利用した熱伝導シートが用いられている。しかしながら、商品の放熱手段として従来の熱対策部材だけでは発熱デバイスの動作保証温度以下に放熱させることが困難となっている。
【０００４】
近年、スペースを確保せず放熱できる手段として、熱放射を利用した放熱塗料が注目されている。その中でも、水系塗料を用いた放熱塗料は、溶剤が水であるため取り扱い性に優れる。
【０００５】
図８は、従来の方法により作成された電子部品の構成を示す断面図である。電子部品は放熱部材５７と金属基板９から構成される。放熱部材５７は、金属基板５１の表面に塗られ、金属基板５１の熱を放熱する働きをするものである。放熱部材５７は、水系塗料５８とフィラー５９から構成される。フィラー５９は遠赤外線放射率が高く、水系塗料５８と混合することで放熱効果に優れた膜が形成できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２０１４／１７５３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の放熱部材５７の構成では、放熱部材５７の内部にフィラー５９が存在しており、フィラー５９の表面からの熱放射による放熱が阻害されている。その結果、フィラー５９を高充填させても放熱部材５７からの熱放射の効率は上がらない。
【０００８】
また、扱いが容易な水系塗料５８を樹脂として使用しているが、放熱部材５７と金属基板５１との界面の密着性が十分でない。密着性が十分でない場合、放熱部材５７と金属基板５１との間で熱抵抗が大きくなるため、放熱性が低減してしまう。その結果、特許文献１の構成では、発熱デバイスの表面温度が２００℃以上である場合や、発熱デバイスの発熱面積が大面積である場合など、優れた放熱効果が得られる条件が制約され、放熱性が十分でないと推測される。
【０００９】
本発明は、従来の課題を解決するものであって、高い放熱性を有し、放熱デバイスとの界面の密着性に優れた樹脂構造体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】
【００１０】
本発明に係る樹脂構造体は、基体の上に設けられ、前記基体の熱を外部へ放熱させる樹脂構造体であって、
前記基体の上に設けられ、水系塗料と、平均粒径３０μｍ以上１５０μｍ以下のフィラーと、を含む水系塗料層と、
前記水系塗料層の上に設けられ、熱硬化性樹脂を含む樹脂層と、
を含み、
前記フィラーは、遠赤外線放射率０．８以上であり、前記フィラーの重心を通る長軸と短軸との平均アスペクト比が１以上１２以下であって、
前記フィラーの全数のうち８０％以上は、前記フィラーの重心を通る前記長軸が前記水系塗料層の前記水系塗料の厚さと前記樹脂層の前記熱硬化性樹脂の厚さとの合計厚さの１．７倍以上の長さを有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る樹脂構造体では、フィラーの全数のうち８０％以上は、フィラーの重心を通る長軸が水系塗料層の水系塗料の厚さ及び樹脂層の熱硬化性樹脂の厚さの合計厚さの１．７倍以上の長さを有する。つまり、フィラーの全数のうち８０％以上が水系塗料層及び樹脂層より外部に突出しているので、高い放熱性が得られる。また、水系塗料層の上にさらに樹脂層を設けているので、突出するフィラーを支持でき、樹脂構造体と発熱デバイスとの界面の密着性を十分に発揮することができる。
また、この樹脂構造体を発熱デバイスに設けることで、発熱デバイスから発生した熱を効率良く空気中に放射させることができる。これによって、発熱デバイスの熱エネルギーを減らし、発熱デバイスの温度上昇を抑制することが可能となる。
この樹脂構造体の上記構造により、電子部品にファンやヒートシンクを設置することなく、優れた昇温抑制効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ−１）は、実施の形態１に係る樹脂構造体及び電子部品の断面構成を示す断面図であり、（ａ−２）は、実施の形態２に係る樹脂構造体及び電子部品の断面構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、フィラー８の形状を示す図である。
【図３】フィラー８の長軸方向がそろっていない場合の樹脂構造体の断面構成を示す断面図である。
【図４】実施の形態１に係る樹脂構造体を作製する際に用いる放熱性評価素子を示す概略図である。
【図５】実施例１〜４、比較例１、３〜５における放熱性評価ジグの断面構成を示す断面図である。
【図６】比較例２の放熱性評価ジグの断面構成を示す断面図である。
【図７】実施の形態１に係る電子機器の構成を示す概略斜視図である。
【図８】従来の電子部品の放熱部材の断面構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の態様に係る樹脂構造体は、基体の上に設けられ、前記基体の熱を外部へ放熱させる樹脂構造体であって、
前記基体の上に設けられ、水系塗料と、平均粒径３０μｍ以上１５０μｍ以下のフィラーと、を含む水系塗料層と、
前記水系塗料層の上に設けられ、熱硬化性樹脂を含む樹脂層と、
を含み、
前記フィラーは、遠赤外線放射率０．８以上であり、前記フィラーの重心を通る長軸と短軸との平均アスペクト比が１以上１２以下であって、
前記フィラーの全数のうち８０％以上は、前記フィラーの重心を通る前記長軸が前記水系塗料層の前記水系塗料の厚さと前記樹脂層の前記熱硬化性樹脂との厚さの合計厚さの１．７倍以上の長さを有する。
【００１４】
第２の態様に係る樹脂構造体は、上記第１の態様において、前記フィラーは、球状、錐体または多面体の形状を有してもよい。
【００１５】
第３の態様に係る樹脂構造体は、上記第１又は第２の態様において、前記フィラーの全数のうち６０％以上は、前記長軸の方向が前記基体に垂直な方向に配向していてもよい。
【００１６】
第４の態様に係る樹脂構造体は、上記第１から第３のいずれかの態様において、前記フィラーは、隣接する２つのフィラー間の間隔が前記フィラーの平均粒径以下となるように配置されていてもよい。
【００１７】
第５の態様に係る樹脂構造体は、上記第１から第４のいずれかの態様において、前記フィラーの含有率は、前記水系塗料層の組成中６０体積％以上８５体積％以下であってもよい。
【００１８】
第６の態様に係る樹脂構造体は、上記第１から第５のいずれかの態様において、前記水系塗料層及び前記樹脂層の合計厚さは、５０μｍ以下であってもよい。
【００１９】
第７の態様に係る樹脂構造体付き電子部品は、前記基体は、電子部品の外面であって、上記第１から第６のいずれかの態様に係る樹脂構造体を、前記電子部品の外面に有する。
【００２０】
第８の態様に係る電子機器は、上記第７の態様に係る電子部品を備えている。
【００２１】
以下、実施の形態に係る樹脂構造体及び電子部品について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面において、実質的に同一の部材については同一の符号を付している。
【００２２】
（実施の形態１）
＜樹脂構造体＞
図１（ａ−１)は、実施の形態１に係る樹脂構造体１および電子部品２の断面構成を示す断面図である。樹脂構造体１は、発熱デバイス７の上に設けられた水系塗料層３と、水系塗料層３の上に設けられた樹脂層４と、を含む。水系塗料層３は、水系塗料５と、球状のフィラー６と、を含む。この球状のフィラー６は、水系塗料層３に少なくとも一部が存在し、フィラー６の全数のうち８０％以上は、フィラー６の重心を通る長軸が水系塗料層３の水系塗料５の厚さ及び樹脂層４の熱硬化性樹脂の厚さの合計厚さの１．７倍以上の長さを有することを特徴とする。なお、このフィラー６は、遠赤外線放射率０．８以上であり、フィラー６の重心を通る長軸と短軸との平均アスペクト比が１以上１２以下である。つまり、この樹脂構造体１では、フィラー６が水系塗料層３及び樹脂層４より外部に突出している。
この樹脂構造体１によれば、フィラー６が水系塗料層３及び樹脂層４より外部に突出しているので、高い放熱性を得ることができる。また、水系塗料層３の上にさらに樹脂層４を設けているので、突出するフィラー６を支持できる。そこで、樹脂構造体１と発熱デバイス７との界面の密着性を十分に発揮することができる。
【００２３】
以下に、この樹脂構造体１を構成する構成部材について説明する。
【００２４】
＜樹脂層４＞
実施の形態１に係る樹脂構造体１に使用される樹脂層４は、樹脂構造体１と発熱デバイス７との界面の密着性を向上させるために水系塗料層３の上部に形成される。また、樹脂構造体１には外部からの機械的刺激（突く、削る、裂く等）が及ぶ場合がある。そのため、樹脂がゴムのような柔らかい場合は、薄い膜が壊れる等の問題が発生するため、強固な硬化物であることが望ましい。したがって樹脂層４は、剛性の高く、熱硬化性である樹脂、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂などから選ばれる一種または複数の樹脂が望ましい。特に、液状エポキシ樹脂とイミダゾール硬化系は、薄い膜状の硬化物でも、高い剛性を有しているため、より好ましい。
【００２５】
＜水系塗料層＞
水系塗料層３は、発熱デバイス７の上に設けられる。なお、発熱デバイス７は、特許請求の範囲における「基体」に対応する。この水系塗料層３は、水系塗料５と、球状のフィラー６とを含む。
【００２６】
＜水系塗料５＞
実施の形態１において使用され得る水系塗料５は、フィラー６と混合し、硬化物として塗膜を形成させるため、水系塗料の中でも金属との密着性をもつ樹脂を使用することが望ましい。そのため、水系塗料としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリシロキサン系、ウレタン系等から選ばれる一種または複数が望ましい。
【００２７】
＜水系塗料５とフィラー６との量＞
水系塗料５の量は、水系塗料層３の全体の体積に対しての１５体積％以上４０体積％以下の範囲とすることが好ましい。この時、フィラー６の量は、６０体積％以上８５体積％以下となる。上記範囲が好ましい理由は以下の通りである。
水系塗料５の量とフィラー６の量との合計を１００体積％とした際に、水系塗料５の量が１５体積％より少なくなると、フィラー６の量は８５体積％より多くなる。この場合には、水系塗料５に対してフィラー６の割合が多くなりすぎて、水系塗料層３中にフィラー６を保持することが困難となる。つまり、取り扱い性が悪くなる。一方、水系塗料５の量が４０体積％より多いと、フィラー６の量が６０体積％より少なくなる。この場合には、フィラー６が水系塗料層３及び樹脂層４より外部に突出する表面積が小さくなり、熱放射の効率が不十分となる。そこで、フィラー６の量は、水系塗料層３の全体の体積に対しての６０体積％以上８５体積％以下が好ましい。
なお、水系塗料５とフィラー６との量的関係については、以下の実施例においてさらに説明する。
【００２８】
＜フィラー６＞
フィラー６は、例えば、遠赤外線放射率０．８以上で、平均粒径が３０μｍ以上１５０μｍ以下の粒子を用いることが好ましい。また、フィラー６の重心を通る長軸と短軸との平均アスペクト比が１以上１２以下である。その形状は、球状、錐体、多面体等のいずれであってもよい。ここでは、フィラー６として、例えば、球状粒子を例として挙げる。
遠赤外線放射率が０．８以上であるフィラーであれば、フィラー６の組成について特に限定することなく用いることができる。樹脂の遠赤外線放射率は、例えば０．６以上０．８以下である。樹脂構造体１の表面となる樹脂層４とフィラー６では樹脂層４の遠赤外線放射率が大きく影響するため、フィラー６の遠赤外線放射率は０．８以上であることが好ましい。遠赤外線放射率が０．８より小さい場合、樹脂層４の遠赤外線放射率の影響を受け、樹脂層４の外部にフィラー６を突出させても、樹脂構造体１の遠赤外線放射率は０．８より小さくなり、熱放射の効率が不十分となる。
球状のフィラー６としては、例えば、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化チタンなど酸化物系フィラーなどを使用することができる。
なお、フィラー６については、以下の実施例においてさらに説明する。
【００２９】
＜フィラー６の粒径＞
ここで、フィラー６の粒径とは、使用する全てのフィラー粒径が均一の大きさでなくても、平均粒径が上記の範囲であればよい。
フィラー６の平均粒径が１５０μｍより大きい場合、突出させた状態でのフィラー６の間に大きな隙間ができてしまい、高充填できない。また、塗膜としての密着性が不十分となる。一方、フィラー６の平均粒径が３０μｍより小さい場合、寸法が小さいため、水系塗料層３の水系塗料５で構成される厚みを制御するのが困難である。そのため、水系塗料層３の形成時の作業性が悪くなる。
【００３０】
＜フィラー６のアスペクト比＞
フィラー６のアスペクト比は、フィラー６の重心を通る長軸と短軸との比（長軸／短軸）である。なお、フィラー６のアスペクト比は、各フィラーを直方体で近似した場合に、一番長い辺（最大辺：長辺）を一番短い辺（最小辺：短辺）で割った値（長辺／短辺）として求めてもよい。アスペクト比がおよそ１．２より小さい場合、フィラー６の形状は実質的に球状となる。アスペクト比１２より大きい場合、同一の長軸長さの場合に突出する短軸長さに対応する表面積が小さくなってしまい、熱放射の効果は小さくなり、放熱性は低下する。
形状については、球状、錐体、多面体等のいずれであってもよい。後述するように、錐体であれば、円錐体、三角錐体、四角錐体、多角錐体を使用することが好ましい。多面体であれば、正四面体、正六面体、正十四面体を使用することが好ましい。
【００３１】
＜フィラー６の突出＞
フィラー６は、水系塗料層３に少なくとも一部が存在している。フィラー６の一部は発熱デバイス７と接していてもよい。フィラー６が発熱デバイス７と接していることによって、発熱デバイス７からの熱をより効率よく伝達できる。また、フィラー６の全数のうち８０％以上は、フィラー６の重心を通る長軸が水系塗料層３の水系塗料５の厚さ及び樹脂層４の熱硬化性樹脂の厚さの合計厚さの１．７倍以上の長さを有する。この場合、水系塗料層３の水系塗料５の厚さ及び樹脂層４の熱硬化性樹脂の厚さとは、フィラー６を含まない水系塗料５による厚さと熱硬化性樹脂による厚さを意味する。
また、フィラー６は、水系塗料層３と樹脂層４からなる２層を足した合計厚さに対して７０％以上外部に突出させることが好ましい。フィラー６の外部への突出が水系塗料層３及び樹脂層４の合計厚さの７０％よりも小さい場合、フィラー６が水系塗料層３と樹脂層４からなる２層の外部に突出する表面積が小さくなり、熱放射の効率が不十分となる。
【００３２】
＜フィラー６の整列＞
ここで用いるフィラー６は球状であるため、フィラー６の向きは関係なく、隣接するフィラーとフィラーとの間隔がフィラー６の粒径より小さくなるように整列させることが好ましく、球状の場合には錐体や多面体に比べて取り扱い性が良い。
水系塗料層３と樹脂層４との２つの層から突出するフィラー６の数は、フィラー６の全数に対して８０％以上であることが好ましい。水系塗料層３と樹脂層４の２つの層から突出するフィラー６の数が個数％で８０％より小さい場合には、樹脂構造体１の遠赤外線放射率は０．８より小さくなり、熱放射が十分でない。
【００３３】
＜樹脂構造体の製造方法＞
この樹脂構造体は、以下の製造方法によって得られる。
１）平均粒径３０μｍ以上１５０μｍ以下のフィラー６と水系塗料５とを、フィラー６が６０体積％以上８５体積％以下となるように混合して、発熱デバイス７上に塗布して水系塗料層３を形成する。
２）熱硬化性樹脂溶液を水系塗料層３の上に塗布して、樹脂層４を形成する。なお、熱硬化性樹脂溶液は、水系塗料層３の上面にそのまま塗布するのではなく、突出するフィラー６を覆わないように側方から供給してもよい。
以上によって、発熱デバイス７上に樹脂構造体１を形成できる。
【００３４】
＜電子部品＞
実施の形態１に係る電子部品２は、図１（ａ−１）に示すように、発熱デバイス７の上に上記樹脂構造体１が設けられている。上述のように上記樹脂構造体１によれば、高い放熱性を有し、樹脂構造体１と発熱デバイス７との界面の密着性を十分に発揮することができる。そこで、高い放熱性を有し、樹脂構造体１と発熱デバイス７との優れた界面の密着性を有する電子部品が得られる。
【００３５】
＜電子機器＞
図７は、実施の形態１に係る電子機器２０の構成を示す概略斜視図である。この電子機器２０は、図７に示すように、基板１５と、基板１５の上に設けられた発熱体１４と、基板１５及び発熱体１４の上に設けられた樹脂構造体１と、全体を覆うタブレット筐体１６とを含む。このように、上記樹脂構造体１は、タブレット筐体１６の内側で、ファンやヒートシンクを設置することができない小型軽量で薄型のスマートフォンやタブレット端末における発熱体１４の放熱用途にも適用できる。
【００３６】
(実施の形態２)
＜樹脂構造体＞
図１（ａ−２)は、実施の形態２に係る樹脂構造体１ａおよび電子部品２ａの構成を示す断面図である。この実施の形態２に係る樹脂構造体１ａは、実施の形態１に係る樹脂構造体と対比すると、用いるフィラー８の形状が球状ではなく錐体である点で相違する。この樹脂構造体１ａは、樹脂構造体１は、発熱デバイス７の上に設けられた水系塗料層３ａと、水系塗料層３ａの上に設けられた樹脂層４と、を含む。水系塗料層３ａは、水系塗料５と、錐体又は多面体の形状のフィラー８と、を含む。この錐体又は多面体のフィラー８は、水系塗料層３に少なくとも一部が存在し、フィラー６の全数のうち８０％以上は、フィラー６の重心を通る長軸が水系塗料層３の水系塗料５の厚さ及び樹脂層４の熱硬化性樹脂の厚さの合計厚さの１．７倍以上の長さを有することを特徴とする。なお、このフィラー６は、遠赤外線放射率０．８以上であり、フィラー６の重心を通る長軸と短軸との平均アスペクト比が１以上１２以下である。つまり、この樹脂構造体１では、フィラー６が水系塗料層３及び樹脂層４より外部に突出している。
この樹脂構造体１によれば、フィラー６が水系塗料層３及び樹脂層４より外部に突出しているので、高い放熱性を得ることができる。また、水系塗料層３の上にさらに樹脂層４を設けているので、突出するフィラー６を支持できる。そこで、樹脂構造体１と発熱デバイス７との界面の密着性を十分に発揮することができる。
【００３７】
以下に、この樹脂構造体１ａを構成する構成部材について説明する。なお、実質的に実施の形態１と同様の構成である場合にはその説明を省略する。
【００３８】
＜樹脂層４＞
実施の形態２において使用され得る樹脂層４は、実施の形態１において使用される樹脂層と実質的に同様の構成及び特性を有するのでその説明を省略する。
【００３９】
＜水系塗料層＞
水系塗料層３ａは、発熱デバイス７の上に設けられる。なお、発熱デバイス７は、特許請求の範囲における「基体」に対応する。この水系塗料層３ａは、水系塗料５と、錐体又は多面体のフィラー８とを含む。
【００４０】
＜水系塗料５＞
実施の形態２において使用され得る水系塗料５は、実施の形態１において使用される水系塗料と実質的に同様の構成及び特性を有するのでその説明を省略する。
【００４１】
＜水系塗料５とフィラー８の量＞
水系塗料５の量は、水系塗料層３ａの全体の体積に対しての１５体積％以上４０体積％以下の範囲とすることが好ましい。この時、フィラー８の量は、６０体積％以上８５体積％以下となる。上記範囲が好ましい理由は以下の通りである。
水系塗料５の量とフィラー８の量との合計を１００体積％とした際に、水系塗料５の量が１５体積％より少なくなると、フィラー８の量は８５体積％より多くなる。この場合には、水系塗料５に対してフィラー８の割合が多くなりすぎて、水系塗料層３ａ中にフィラー８を保持することが困難となる。つまり、取り扱い性が悪くなる。一方、水系塗料５の量が４０体積％より多いと、フィラー８の量が６０体積％より少なくなる。この場合には、フィラー８が水系塗料層３ａ及び樹脂層４より外部に突出する表面積が小さくなり、熱放射の効率が不十分となる。そこで、フィラー８の量は、水系塗料層３ａの全体の体積に対しての６０体積％以上８５体積％以下が好ましい。
なお、水系塗料５とフィラー８との量的関係については、以下の実施例においてさらに説明する。
【００４２】
＜フィラー８＞
フィラー８は、例えば、遠赤外線放射率０．８以上で、平均粒径が３０μｍ以上１５０μｍ以下の粒子を用いることが好ましい。また、フィラー８の重心を通る長軸と短軸との平均アスペクト比が１以上１２以下である。その形状は、球状、錐体、多面体等のいずれであってもよい。ここでは、フィラー８として、例えば、錐体又は多面体の粒子を例として挙げる。
遠赤外線放射率が０．８以上であるフィラーであれば、フィラー８の組成について特に限定することなく用いることができる。樹脂の遠赤外線放射率は、例えば０．６以上０．８以下である。樹脂構造体１の表面となる樹脂層４とフィラー８では樹脂層４の遠赤外線放射率が大きく影響するため、フィラー８の遠赤外線放射率は０．８以上であることが好ましい。遠赤外線放射率が０．８より小さい場合、樹脂層４の遠赤外線放射率の影響を受け、樹脂層４の外部にフィラー８を突出させても、樹脂構造体１の遠赤外線放射率は０．８より小さくなり、熱放射の効率が不十分となる。
錐体又は多面体のフィラー８としては、例えば、シリカを主成分としたタルクやカオリン、コージェライトなどの鉱物系フィラーを使用することができる。
【００４３】
＜フィラー８の粒径＞
ここで、フィラー８の粒径とは、各フィラー８を球状に近似した場合（同一体積の球体）の平均直径（平均粒径）である。
フィラー８の平均粒径が１５０μｍより大きい場合、突出させた状態でのフィラー８の間に大きな隙間ができてしまい、高充填できない。また、塗膜としての密着性が不十分となる。一方、フィラー８の平均粒径が３０μｍより小さい場合、寸法が小さいため、水系塗料層３ａの水系塗料５で構成される厚みを制御するのが困難である。そのため、水系塗料層３ａの形成時の作業性が悪くなる。
【００４４】
＜フィラー８のアスペクト比＞
フィラー８のアスペクト比は、フィラー８の重心を通る長軸と短軸との比（長軸／短軸）である。なお、フィラー８のアスペクト比は、各フィラー８を直方体で近似した場合に、一番長い辺（最大辺：長辺）を一番短い辺（最小辺：短辺）で割った値（長辺／短辺）として求めてもよい。アスペクト比がおよそ１．２より小さい場合、フィラー６の形状は実質的に球状となる。アスペクト比１２より大きい場合、同一の長軸長さの場合に突出する短軸長さに対応する表面積が小さくなってしまい、熱放射の効果は小さくなり、放熱性は低下する。
形状については、上記実施の形態１のフィラー６の場合には球状である。この実施の形態２のフィラー８では、錐体又は多面体である。錐体であれば、円錐体、三角錐体、四角錐体、多角錐体を使用することが好ましい。多面体であれば、正四面体、正六面体、正十四面体を使用することが好ましい。
【００４５】
＜フィラー８の突出＞
フィラー８は、水系塗料層３に少なくとも一部が存在している。フィラー８の一部は発熱デバイス７と接していてもよい。フィラー８が発熱デバイス７と接していることによって、発熱デバイス７からの熱をより効率よく伝達できる。また、フィラー８の全数のうち８０％以上は、フィラー８の重心を通る長軸が水系塗料層３ａの水系塗料５の厚さ及び樹脂層４の熱硬化性樹脂の厚さの合計厚さの１．７倍以上の長さを有する。この場合、水系塗料層３ａの水系塗料５の厚さ及び樹脂層４の熱硬化性樹脂の厚さとは、フィラー８を含まない水系塗料５による厚さと熱硬化性樹脂による厚さを意味する。
また、フィラー８は、水系塗料層３ａと樹脂層４からなる２層を足した合計厚さに対して７０％以上外部に突出させることが好ましい。フィラー８の外部への突出が水系塗料層３ａ及び樹脂層４の合計厚さの７０％よりも小さい場合、フィラー８が水系塗料層３ａと樹脂層４からなる２層の外部に突出する表面積が小さくなり、熱放射の効率が不十分となる。
【００４６】
＜フィラー８の整列＞
フィラー８を使用する場合、フィラー８の全数のうち６０％以上のフィラーの長軸が、同一方向、つまり発熱デバイス７の表面に対する法線方向に沿って配列（配向）されていることが好ましい。フィラー８が錐体の場合には、長軸方向は底面から先端の尖った方向となる。また、隣接するフィラー８間の間隔がフィラー８の平均粒径以下となるように整列させることが好ましい。
図２（ａ）〜（ｃ）は、各フィラー８の長軸方向を示す概略図である。ここで各フィラーの長軸方向とは、各フィラー８の重心を通る長軸の方向である。なお、長軸は、各フィラー８を直方体で近似した場合の長辺として表してもよい。図２では、長軸方向を、各フィラー８を直方体で近似した場合の長辺方向によって表している。フィラー８が錐体である場合には、例えば、長軸方向は底面から徐々に細くなっていく先端に向かう方向となる。フィラー８の長軸方向は、発熱デバイス７の表面に対して垂直方向に配列（配向）させることが好ましい。
なお、垂直方向に整列（配向）している場合とは、発熱デバイス７の表面についての法線方向に対してフィラー８の長軸方向が±２０度以内にある場合をいう。つまり、長軸方向が法線方向を中心として２０度傾斜した円錐内にあれば垂直方向に配列（配向）しているといえる。
フィラー８の全数のうち６０％未満のフィラー８しか同一方向を向いていない場合、もしくは隣接するフィラー８とフィラー８との間隔がフィラーの平均粒径より大きい場合、図３に示すようにフィラー８が密に配列されず、熱放射としての放熱性が不十分となる。
なお、同一方向に配列させるフィラーの個数％としての６０％の根拠は、以下の表１でも説明する。
【００４７】
水系塗料層３ａ及び樹脂層４から突出するフィラー８の数は、フィラー全体に対して個数％で８０％以上であることが好ましい。８０％より小さい場合、樹脂構造体１の遠赤外線放射率は０．８より小さくなり、熱放射が十分でない。
また、フィラー８は、水系塗料層３ａの水系塗料５の厚さと樹脂層４の厚さとの合計厚さに対して７０％以上外部に突出させることが好ましい。７０％よりも小さい場合、フィラー８が水系塗料層３ａ及び樹脂層４から外部に突出する表面積が小さくなり、熱放射の効率が不十分となる。
【００４８】
＜他のフィラー＞
なお、水系塗料層３ａを作製する際に、フィラー６やフィラー８として使用するフィラー以外に熱伝導性の高いフィラーを水系塗料層３ａに含有させることで水系塗料層３ａの熱伝導率を上げ、熱伝導性および熱放射性の優れた放熱樹脂を構成してもよい。
【００４９】
以下に、本発明に係る樹脂構造体について、実施例によりさらに具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例により何ら限定されるものではない。
【００５０】
（実施例）
表１は、各実施例と比較例における樹脂構造体を構成する水系塗料及びフィラー等の条件及び測定結果として得られた放熱特性を示している。放熱特性では、測定結果と判定内容およびフィラーの整列状態についてまとめている。これらについて、以下に詳細に説明する。
【００５１】
【表１】
0006501075.tif 000002
【００５２】
まず、樹脂構造体１の放熱性を評価するために、図４に示す放熱性評価素子１０を作製する。放熱性評価素子１０は樹脂構造体１と金属基板９とからなる。
【００５３】
＜樹脂構造体１＞
樹脂構造体１の作製例として、実施例１について説明する。
【００５４】
＜水系塗料層の作製＞
１）フィラー６として、球状で粒径３０μｍの酸化マグネシウムを用い、水系塗料５としてエポキシ主剤ＥＰＩＣＬＯＮ  ＥＸＡ−８１５０(ＤＩＣ製)、エポキシ硬化剤ＷＡＴＥＲＳＯＬ  Ｓ−６９５(ＤＩＣ製)、エポキシ触媒ＢＥＣＫＡＭＩＮＥ  Ｐ−１９８(ＤＩＣ製)を用いる。上記の材料を表１に示す所定量混合し、フィラー含有率８５体積％の混合液を作製する。
２）次に、メタルマスクを用いて、金属基板９に混合液を膜厚１０μｍで塗布し、１６０℃２０分で硬化させ、水系塗料層３を作製する。
この時、塗布後の水系塗料層３は、溶剤である水が揮発するため、水系塗料層３は膜厚８μｍとなる。
【００５５】
＜樹脂層の作製＞
３）樹脂層４として、熱硬化性樹脂を用いる。熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ主剤ＨＢＥ−１００(新日本理化製)、エポキシ硬化剤ＴＢＮ−４０(新日本理化製)、硬化促進剤Ｕ−ＣＡＴ  ５００３(サンアプロ製)を用い、主剤／硬化剤／硬化促進剤がそれぞれ１５．６／８４．２／０．２（質量％）となるように混合し、熱硬化性樹脂溶液を作製する。
４）ディスペンサーを用いて、水系塗料層３の上部に熱硬化性樹脂溶液を膜厚１０μｍで塗布する。なお、熱硬化性樹脂溶液は、水系塗料層３の上面にそのまま塗布するのではなく、突出するフィラー６を覆わないように側方から供給してもよい。これによって、熱硬化性樹脂によってフィラー６の表面を覆うことを抑制できる。その後、１００℃１０分で溶剤を乾燥させた後、１５０℃１〜２時間で硬化させる。
上記の手順で、金属基板９上に水系塗料層３と樹脂層４が搭載され、以下で使用する放熱性評価素子１０が作製される。フィラー６またはフィラー８の底面は、一部、金属基板９の表面に接している。
【００５６】
＜放熱性評価治具（ジグ）＞
放熱性を評価するために、上記放熱性評価素子１０を用いて、図５に示す放熱性評価ジグを作製した。図５は、放熱性評価治具（ジグ）の構成を示す断面図である。放熱性評価ジグは、放熱性評価素子１０と、ヒーター１１と、熱放射吸収部１２とからなる。放熱性評価素子１０は、上記方法により金属基板９に樹脂構造体１を塗布し作製したものである。
金属基板９として、６０×６０×１ｍｍ厚みのアルミニウム基板を用意した。放熱性評価素子１０の裏面に熱電対埋込式のヒーター１１として６０×６０×１０ｍｍ厚みのヒーターをシリコーン放熱グリースにより接着させ搭載した。
熱放射吸収部１２は、放熱性評価素子１０と、水冷ヒートシンク１３とからなる。熱放射吸収部１２は放熱性評価素子１０の裏面に水冷ヒートシンク１３として６０×６０×１０ｍｍ厚みの水冷ヒートシンクをシリコーン放熱グリースにより接着させ作製した。水冷ヒートシンク１３にチラーを装着させ、２５℃の水を循環させることにより、熱放射吸収部１２は常時２５℃一定とした。
【００５７】
（実施例１〜４）
上記＜樹脂構造体１＞で説明した手順および表１の条件で、放熱性評価素子１０、放熱性評価ジグを作製した。
【００５８】
（比較例１）
比較例１では、実施例１と対比すると、樹脂層４を作製せず、水系塗料層３のみを金属基板９に作製する点で相違する。
また、フィラー６として多面体状で粒径１．７μｍアスペクト比５のコージェライトを用い、水系塗料５として水系ポリウレタンのバイヒドロールＵＨ２３４２(バイエル製)を用いた。上記の材料を表１に示す所定量混合し、フィラー含有率１３体積％の混合液を作製する。次に、メタルマスクを用いて、金属基板９に混合液を膜厚１０μｍで塗布し、７０℃３０分で硬化させ、水系塗料層３を作製する。この時、塗布後の水系塗料層３は溶剤である水が揮発するため、水系塗料層３は膜厚８μｍとなる。
【００５９】
（比較例２）
比較例２では、実施例１と対比すると、樹脂構造体１を作製することなく、金属基板９のみの状態である点で相違する。比較例２に係る金属基板９のみの場合、図５に示す放熱性評価ジグは、図６のようになる。図６は、比較例１の時の放熱性評価ジグの断面図である。放熱性評価ジグは、金属基板９と、ヒーター１１と、水冷ヒートシンク１３とからなる。図５と同様に部材を使用した。
【００６０】
（比較例３〜６）
比較例３〜６に係る樹脂構造体１の作製は、実施例１と同じ工程によって作製し、図５に示す放熱性評価ジグを作製した。
【００６１】
次に、表１に示す条件から構成される放熱性評価素子の遠赤外線放射率および昇温抑制温度変化の測定を行った。それぞれの評価方法は下記の通りである。
【００６２】
＜遠赤外線放射率測定＞
比較例２を除く上記の実施例および比較例の工程で得られた放熱性評価素子１０に簡易型放射率測定装置（品番：ＴＳＳ−５Ｘ、ジャパンセンサー製）を用いて、各サンプルの遠赤外線放射率を測定する。ここで、遠赤外線放射率は、波長域２〜２２μｍでの分光遠赤外線放射率を平均化した値である。
サンプルの遠赤外線放射率が０．８以上を満たすものは○、満たさないものは×と判定し、表１に示した。ただし、以下の昇温抑制率が１０％以上のものであれば、総合判定として合格とする。
【００６３】
＜昇温抑制温度変化測定＞
上記の実施例および比較例の工程で得られた放熱性評価素子１０を含む図５の放熱性評価ジグを２５℃に保った恒温槽に設置し、無風状態で、ヒーター１１に電流を流す。
電圧を上げていき、比較例２に示したヒーター１１の温度が８５℃に達した場合と、比較例２を除くヒーター１１の温度との差ΔＴを以下の式１で求めた。
ΔＴ＝〔８５℃−ヒーター１１の温度〕・・・・（式１）
実施例１に示した樹脂構造体１を金属基板９に塗布することで、８５℃での昇温抑制の温度差（ΔＴ）は、１３℃となる。
ここで、昇温抑制率を以下の式２によって規定した。
昇温抑制率＝（ΔＴ）÷８５℃・・・・（式２）
◎○×の判断基準としては、水系塗料を用いた放熱塗料の多くが昇温抑制率１０％前後であるため、昇温抑制率が、１０％より小さいものを×、１０％以上１５％未満を○、１５％以上を◎と判定した。
昇温抑制率は、より大きいほうが好ましいが、１０％以上を合格範囲とした。また使う用途にもよるが、昇温抑制率が１０％より小さい場合は、ペースト塗布等のコストを考慮すると有効な手段とはいえない。
【００６４】
＜放熱性の総合判定＞
本願発明での放熱性の合格基準として、遠赤外線放射率測定、昇温抑制温度変化測定のそれぞれで、両方○の判定で、総合判定として◎と判定した。両測定の判定のどちらか一方に×がある場合、総合判定として×と判定した。それ以外は総合判定として○と判定した。
【００６５】
＜フィラーの整列＞
実施例および比較例に係る樹脂構造体１について、フィラー６またはフィラー８が同一方向に整列している割合(％)を表１に示す。ここで同一方向に整列（配向）している割合(％)とは、放熱性評価素子１０について断面観察を行った際、断面に存在するフィラー全てのうち金属基板９に対して垂直方向に整列（配向）しているフィラーの個数割合のことである。但し、フィラー６の場合、球状であるため、個数割合は１００％とする。
なお、垂直方向に整列（配向）している場合とは、金属基板９の表面についての法線方向に対してフィラーの長軸方向が±２０度以内にある場合をいう。実施例および比較例に係る樹脂構造体１について、樹脂層４から外部に突出しているフィラー６またはフィラー８の割合(％)を表１に示す。ここで割合(％)とは放熱性評価素子１０について断面観察を行った際、断面に存在するフィラー全てのうち樹脂層４の表面より突出しているフィラー６、８の個数割合と、全てのフィラーの表面積に対して樹脂層４の表面より突出しているフィラーの表面積の割合のことである。
樹脂構造体１の表面でフィラーが整列することで生じる凹凸、つまり、樹脂構造体１の表面積が大きくなることで、樹脂構造体１の遠赤外線放射率は大きくなる。
【００６６】
＜表１の考察＞
表１からの結果からも明らかなように、実施例に係る樹脂構造体１は、比較例に係る樹脂構造体よりも遠赤外線放射率が高く、放熱性に優れている。
＜フィラー含有量＞
実施例１〜４よりフィラー含有量は、６０体積％以上８５体積％以下がよい。
＜フィラー８のアスペクト比＞
実施例３〜４と比較例４を比較すると、比較例４で使用したグラファイトは板状のものでありアスペクト比が１２より大きくなる。アスペクト比が大きいため、同一の長軸長さの場合に突出する短軸長さに対応する表面積が小さくなってしまい、熱放射の効果は小さくなり、放熱性は低下する。
以上の結果から、フィラー８の平均アスペクト比は１以上１２以下がよいことがわかる。
【００６７】
＜フィラーの整列＞
［突出しているフィラーの割合（個数％）］
実施例１〜４と比較例１を比較すると、実施例１〜４についてはフィラーが８０％以上樹脂層４の表面から突出しているのに対し、比較例１では、フィラーは水系塗料層から全く突出しておらず、熱放射性および昇温抑制性ともに不十分となった。
また、実施例１〜４と比較例３を比較すると、実施例１〜４についてはフィラーが８０％以上樹脂層４の表面から突出しているのに対し、比較例３では樹脂層から突出するフィラーの個数％が８０％未満であるため、樹脂構造体１の遠赤外線放射率は０．８未満になり熱放射の効率が不十分となった。
【００６８】
［同方向に整列している割合（％）］
実施例１〜４と比較例３とを比較すると、実施例１〜４については個数％で６０％以上のフィラーが同一方向、つまり金属基板の表面に垂直方向を向いていた。これに対して、比較例３では同一方向、つまり金属基板の表面に垂直方向を向いているフィラーが個数％で６０％未満であった。このため、比較例３では樹脂構造体１の遠赤外線放射率は０．８未満となり熱放射の効率が不十分となった。
つまり、フィラー８は、個数％で６０％以上が同一方向、つまり金属基板の表面に垂直方向を向いていることが好ましい。
【００６９】
［突出しているフィラーの厚さ（水系塗料層３の厚さと樹脂層４の厚さとの合計厚さに対する倍数）］
実施例１〜４と比較例５とを比較すると、実施例１〜４については、水系塗料層３の厚さと樹脂層４の厚さとの合計厚さに対してフィラーの厚さ（フィラーの長軸の長さ）が１．７倍以上である。これによって、フィラーの全数のうち８０％以上が水系塗料層及び樹脂層より外部に突出している。これに対して、比較例５では水系塗料層３及び樹脂層４から外部に突出しているフィラーの個数は５０％以下であるため、樹脂構造体１の樹脂構造体１の遠赤外線放射率が０．８未満になり、熱放射の効率が不十分であった。
したがって、フィラー６またはフィラー８は、フィラーの長軸の長さを水系塗料層３の厚さと樹脂層４の厚さとの合計厚さに対して１．７倍以上として、水系塗料層３及び樹脂層４から外部に５０％以上を突出させることが好ましい。
【００７０】
＜全体のまとめ＞
以上、説明したように、本発明に係る樹脂構造体では、フィラーの全数に対して個数％で８０％以上のフィラーが、フィラーの重心を通る長軸が水系塗料層の水系塗料の厚さと樹脂層の熱硬化性樹脂の厚さとの合計厚さの１．７倍以上の長さを有する。そこで、フィラーの全数のうち８０％以上が水系塗料層及び樹脂層より外部に突出しているので、高い放熱性が得られる。また、水系塗料層の上にさらに樹脂層を設けているので、突出するフィラーを支持でき、樹脂構造体と発熱デバイスとの界面の密着性を十分に発揮することができる。
また、本発明に係る樹脂構造体は、遠赤外線放射率０．８以上、粒径３０μｍ以上１５０μｍ以下、アスペクト比１以上１２以下のフィラーを用いている。これによって、この樹脂構造体は、熱放射効率を高くでき、発熱デバイスの熱を熱放射により外部へ放熱し、温度上昇を抑制することができる。
【００７１】
なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び／又は実施例のうちの任意の実施の形態及び／又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び／又は実施例が有する効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明に係る樹脂構造体は、高い放熱性を有し、放熱デバイスとの界面の密着性に優れるので、電子部品の放熱用の樹脂構造体として有用である。
【符号の説明】
【００７３】
１、１ａ  樹脂構造体
２、２ａ  電子部品
３、３ａ  水系塗料層
４  水系塗料
５  樹脂層
６  フィラー
７  発熱デバイス
８  フィラー
９  金属基板
１０  放熱性評価素子
１１  ヒーター
１２  熱放射吸収部
１３  水冷ヒートシンク
１４  発熱体
１５  基板
１６  タブレット筐体
５１  金属基板
５７  放熱部材
５８  樹脂
５９  フィラー
【図１】
0006501075.tif 000003
【図２】
0006501075.tif 000004
【図３】
0006501075.tif 000005
【図４】
0006501075.tif 000006
【図５】
0006501075.tif 000007
【図６】
0006501075.tif 000008
【図７】
0006501075.tif 000009
【図８】
0006501075.tif 000010