(57)【要約】【課題】電子機器の設計および取り付け作業が極めて簡単で、発熱体の熱が外部に伝達し過ぎない放熱構造体を提供する。【解決手段】本放熱構造体は、出力が２Ｗ以下の発熱体１１と、発熱体１１を固定する基板１２と、熱拡散フィルム１３と、熱拡散フィルム１３を発熱体１１に対向させて支持する支持体１４とを備え、熱拡散フィルム１３は、面方向の熱伝導率が５００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上で厚さ方向の熱伝導率が３０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以下である厚さが１００μｍ以下のグラファイトフィルム１５を含み、発熱体１１と熱拡散フィルム１３とは、非接触であり、その距離が０．３ｍｍ以下であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力が２Ｗ以下の発熱体と、前記発熱体を固定する基板と、熱拡散フィルムと、前記熱拡散フィルムを前記発熱体に対向させて支持する支持体とを備え、
前記熱拡散フィルムは、面方向の熱伝導率が５００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上で厚さ方向の熱伝導率が３０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以下である厚さが１００μｍ以下のグラファイトフィルムを含み、
前記発熱体と前記熱拡散フィルムとは、非接触であり、その距離が０．３ｍｍ以下であることを特徴とする放熱構造体。
【請求項２】
前記熱拡散フィルムの面積は、前記発熱体における前記熱拡散フィルムに対向する面の面積の４倍以上１００倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の放熱構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器、精密機器などに用いられる発熱体から放熱を行なうための放熱構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、携帯電話、ノートパソコンなど電子機器の発熱密度が急速に増加しており、これらの機器の放熱設計が必須となってきている。特に、小型化、軽量化が求められる小型モバイル機器においては、グラファイトフィルムなどの放熱シートがヒートスプレッダ材として使用されている（たとえば、特開昭６１−２７５１１６号公報（特許文献１）を参照）。
【０００３】
グラファイトフィルムを放熱部材として使用する場合、グラファイトの優れた熱伝導性を発揮させるためには、発熱源と十分密着させる必要がある。実際にグラファイトフィルムを機器に組み込む場合、一般的な方法としてグラファイトフィルムと発熱源をエポキシ樹脂、アクリル樹脂またはポリイミド樹脂のような接着剤、粘着材等を用いて接合させることがある。また、ネジやカシメによって機械的に発熱体に接触させて固定する方法がある（たとえば、特開平１１−３１７４８０号公報（特許文献２）を参照）。
【０００４】
また、発熱体とグラファイトフィルムなどのヒートスプレッダ材の接触熱抵抗を低減させる目的で、グラファイトフィルムに熱伝導性のシリコーンゴムをコーティングした放熱シートが提案されている。
【０００５】
また、電子機器内には大小様々なサイズの発熱体が搭載されており、各電子部品の高さの違いや組み付け加工による公差があるために電子部品と放熱部材を密着させることが困難な場合があるが、電子部品の動作時にその発熱により低粘度化、軟化または溶解する熱伝導性材料層をグラファイトフィルムに表面に設けたシートが開示されている（たとえば、特開２００３−１５８３９３号公報（特許文献３）を参照）。
【０００６】
また、ＣＰＵとそれと対面するように配置された放熱部材（金属）の間に隙間がある場合、ＣＰＵと放熱部材を、コの字バネ型の銅箔などの付勢部材を用いて接続した半導体モジュールが開示されている。すなわち、ＣＰＵで発生した熱をコの字型の付勢部材を介し大面積の放熱部材へ移動させることで、放熱能力を向上させた放熱構造体が開示されている（たとえば、特開平７−２０２０８３号公報（特許文献４）を参照）。
【特許文献１】特開昭６１−２７５１１６号公報
【特許文献２】特開平１１−３１７４８０号公報
【特許文献３】特開２００３−１５８３９３号公報
【特許文献４】特開平７−２０２０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電子機器には幾つかの発熱素子が同一の基板に搭載されており、各電子部品の高さの違いがあるために、放熱部材とすべての発熱体の接続が困難であった。この問題に対して以下のような幾つかの対応策が実施されている。発熱体の高さを揃える対応は、設計が困難でコストが大きくなる。放熱部材を折り曲げ、空間を埋めて接続する対応は、放熱部材の取付けが困難であり放熱部材の加工費が大きくなる。また、シリコーンゴムなどで接続する対応は、シロキサンによる電子機器内汚染の問題がありコストも大きくなる。
【０００８】
また、放熱部材と発熱体を接触させて放熱した場合、熱が外部に直接伝わりやすい。特に小型モバイル機器では、火傷を防止する観点から、熱を外に伝えすぎないことが大切である。低温火傷予防策として実際に筐体外面温度は４２℃以下であることが求められている。一方、発熱素子の耐熱温度にはまだ余裕があり、半導体の特性上１２０℃以下に抑えることができればよい。
【０００９】
また、近年の小型電子機器は薄型化が進行しており、放熱部材を取り付けるスペースが限られている。そのため、できるだけ厚さの薄い放熱部材の使用が求められている。発熱体と筐体のスペースは０．４ｍｍ以下であることが望ましい。
【００１０】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、電子機器の設計および取り付け作業が極めて簡単で、発熱体の熱が外部に伝達し過ぎない放熱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】
【００１１】
本発明は、出力が２Ｗ以下の発熱体と、発熱体を固定する基板と、熱拡散フィルムと、熱拡散フィルムを発熱体に対向させて支持する支持体とを備え、熱拡散フィルムは、面方向の熱伝導率が５００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上で厚さ方向の熱伝導率が３０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以下である厚さが１００μｍ以下のグラファイトフィルムを含み、発熱体と熱拡散フィルムとは、非接触であり、その距離が０．３ｍｍ以下であることを特徴とする放熱構造体である。
【００１２】
本発明にかかる放熱構造体において、熱拡散フィルムの面積を発熱体における熱拡散フィルムに対向する面の面積の４倍以上１００倍以下とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電子機器の設計および取り付け作業が極めて簡単で、発熱体の熱が外部に伝達し過ぎない放熱構造体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の放熱構造体の一実施形態は、図１を参照して、出力が２Ｗ以下の発熱体１１と、発熱体１１を固定する基板１２と、熱拡散フィルム１３と、熱拡散フィルム１３を発熱体１１に対向させて支持する支持体１４とを備え、熱拡散フィルム１３は、面方向の熱伝導率が５００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上で厚さ方向の熱伝導率が３０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以下である厚さが１００μｍ以下のグラファイトフィルム１５を含み、発熱体１１と熱拡散フィルム１３とは、非接触であり、その距離が０．３ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
本実施形態の放熱構造体は、発熱体と熱拡散フィルムとが非接触であるため、発熱体の公差による寸法のバラツキを吸収することができ、発熱体の高さのバラツキがあっても熱拡散フィルムを発熱体の形状に追従させることなく平面的に使用できる。
【００１６】
なお、熱拡散フィルム１３を発熱体１１に対向させて支持する支持体１４の形態には、特に制限はなく、図１に示すように支持体１４が発熱体１１、基板１２および熱拡散フィルム１３を覆うような形態に限定されず、支持体１４が支柱により基板１２と接続されてるような形態であってもよい。
【００１７】
また、発熱体と熱拡散フィルムとが非接触であるため、発熱体から支持体（電子機器などにおける筐体）への熱の伝達が緩和される。これは、発熱体と放熱部材の間の空間が大きな熱抵抗として働くからである。一方、非接触であるため発熱体の温度は上昇するが、発熱体の出力が２Ｗ以下であれば半導体の耐熱温度には問題がない。
【００１８】
また、面方向の熱伝導率が５００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上で厚さ方向の熱伝導率が３０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以下である厚さが１００μｍ以下のグラファイトフィルム１５を含む熱拡散フィルムは、厚さが小さくても面方向に高い熱拡散性を有する。このため、厚さの小さい放熱構造体を形成することができる。
【００１９】
＜支持体の外面の温度＞
発熱体と熱拡散フィルムが非接触である場合の方が、発熱体と熱拡散フィルムが接触している場合より、支持体（筐体）の外面の温度は低くなる。これは、非接触のため熱拡散フィルムによる放熱量は小さくなり、ヒーター温度自体は増加しているものの、発熱体と熱拡散フィルムの間の空気層が断熱層として作用し、支持体の外面への熱の伝達が抑制されるためである。実際に携帯電話などの設計時に低温火傷予防を目的として、外面に熱を伝え過ぎないような設計が求められる場合があるが（実際に４２℃以下に制限される場合がある）、発熱体と熱拡散フィルムとを非接触にすることでこのような要望に応えることができる。本発明の支持体の外面の温度は、好ましくは６０℃以下、より好ましくは５０℃、さらに好ましくは４２℃以下であるとよい。６０℃を超えると、支持体が小型電子機器などの筐体である場合、低温火傷を起こす恐れがある。
【００２０】
＜発熱体の温度＞
一方で、発熱体の温度は、発熱体と熱拡散フィルムの距離Ｄが離れる程、高くなる。しかしながら、携帯電話などの小型電子機器に用いられるような発熱量が２Ｗ以下と少ない発熱体においては、耐熱性には余裕があるために、発熱体の温度の低減を多少犠牲にしても、支持体の外面に熱を伝えすぎない構造をとることが有用である。発熱体の温度はその耐熱温度以下とする観点から、発熱体の温度は、好ましくは１３０℃以下、より好ましくは１２０℃、さらに好ましくは１１１℃以下である。１３０℃以上になると、発熱体を形成する半導体素子の働きが鈍くなったり故障する場合がある。なお、電子機器によっては、発熱体の耐熱温度が、１２０℃以下に制限される場合もある。
【００２１】
＜発熱体と熱拡散フィルムの距離＞
前項までで述べたように、発熱体と熱拡散フィルムの距離が離れる程、支持体（筐体）の外面の温度は低くなり、発熱体の温度が高くなる。したがって、発熱体の温度が高くなりすぎないように、発熱体と熱拡散フィルムの距離を選択することが重要である。
【００２２】
本発明の発熱体と熱拡散フィルムの距離は、０ｍｍより大きく０．３０ｍｍ以下、好ましくは０．０１ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．０３ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下である。発熱体と熱拡散フィルムの距離が０．３０ｍｍより大きい場合は、発熱体の温度を熱拡散フィルムに効率的に伝達できないため、発熱体の温度が高くなりすぎる。また、発熱体と熱拡散フィルムの距離が０ｍｍ、つまり接触している場合は、外部への熱の伝達がダイレクトに行なわれるために、支持体（筐体）の外面の温度が高くなる。また、支持体（筐体）の外面の温度が低くなることに加え、取り付けやすさなどの利点などを考慮すると、発熱体と熱拡散フィルムが非接触である放熱構造体が優れていることがわかる。
【００２３】
＜発熱体のワット数＞
本発明の発熱体の出力（ワット数）は、２Ｗ以下、好ましくは１．５Ｗ以下、さらに好ましくは１Ｗ以下である。発熱体の出力が２Ｗより大きい場合は、発熱体と熱拡散フィルムを非接触にした場合、発熱体温度が耐熱温度以上まで上昇する場合がある。２Ｗ以下であると、グラファイトフィルムを含む高熱伝導性の熱拡散フィルムを使用することで、発熱体と熱拡散フィルムとが非接触でも発熱体からの熱を十分に拡散することができる。
【００２４】
＜熱拡散フィルムの面積＞
本発明の熱拡散フィルムの面積は、発熱体の面積（熱拡散フィルムに対向する面の面積をいう、以下同じ）に対して、好ましくは４倍以上１００倍以下、より好ましくは５倍以上８０倍以下、さらに好ましくは６倍以上５０倍以下である。熱拡散フィルムの面積が発熱体の面積の４倍より小さい場合は、熱拡散性が非常に悪く、発熱体の温度が上昇する。一方、熱拡散フィルムの面積が発熱体の面積の１００倍より大きくになると、その放熱特性は頭打ちするために、コストの低減および小スペース化図る観点から、熱拡散フィルムの面積は発熱体の面積の１００倍以下であることが好ましい。
【００２５】
＜グラファイトフィルムの面方向の熱伝導率＞
本発明のグラファイトフィルムの面方向の熱伝導率は、５００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上、好ましくは７００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上、さらに好ましくは１０００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上であるとよい。一般的に、発熱体とグラファイトフィルムを含む熱拡散フィルムを接触させている場合よりも非接触させていない場合の方が、放熱するのが不利である。しかしながら、グラファイトフィルムの熱伝導率が５００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上になると、非接触でも発熱体の熱を効果的に放熱することができる。一方、グラファイトフィルムの熱伝導率が５００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1未満になると、非接触の場合、発熱体の放熱が間に合わずその温度が高くなる。ここで、グラファイトフィルムの熱伝導率は、次の式（１）
λ＝α×ｄ×Ｃp                                                （１）
から算出できる。式（１）において、λは熱伝導率を、αは熱拡散率を、ｄは密度を、Ｃpは比熱容量をそれぞれ表わす。なお、グラファイトフィルムの熱拡散率、密度、比熱容量は以下に示す方法で求めることができる。
【００２６】
＜グラファイトフィルムの厚さ方向の熱伝導率＞
本発明のグラファイトフィルムの厚さ方向の熱伝導率は、３０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以下、好ましくは２０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以下、より好ましくは１０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以下であるとよい。グラファイトフィルムの厚さ方向の熱伝導率が３０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1より大きいと、発熱体から発熱した熱を支持体の外面に直接伝えてしまう。一方、厚さ方向の熱伝導率が３０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以下であると、発熱体から伝達された熱を厚さ方向にあまり伝えず面方向へ逃がす割合が大きくなるため好ましい。
【００２７】
グラファイトフィルムのレーザーフラッシュ法による厚さ方向の熱拡散率および熱伝導率測定には、ＪＩＳ  Ｒ１６１１−１９９７に準拠した京都電子工業（株）製のＬＦＡ−５０２を用いた。グラファイトフィルムを直径１０ｍｍにカットし、このフィルム両面を黒化処理した後、室温でレーザーフラッシュ法による厚さ方向の熱拡散率測定を行なった。また、グラファイトフィルムの熱容量を熱容量が既知である参照標準物質Ｍｏとの比較から算出した。これら測定したグラファイトフィルムの厚さ方向の熱拡散率、密度、熱容量から厚さ方向の熱伝導率を算出した。厚さ方向の熱拡散率および熱伝導率が大きいほど、厚さ方向の熱伝導性が高いことを意味する。
【００２８】
＜グラファイトフィルムの熱拡散率＞
グラファイト化の進行状況を、フィルムの面方向の熱拡散率を測定することによって判定した。面方向の熱拡散率が高いほど、グラファイト化が顕著であることを意味している。熱拡散率は、光交流法による熱拡散率測定装置（アルバック理工（株）社製ＬａｓｅｒＰｉｔ）を用いて、グラファイトフィルムを４ｍｍ×４０ｍｍのサンプル形状に切り取り、２０℃の雰囲気下、１０Ｈｚにおいて測定した。
【００２９】
＜グラファイトフィルムの厚さ＞
本発明に使用するグラファイトフィルムの厚さは、１００μｍ以下、好ましくは７０μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下である。近年の電子機器は薄型化が進行し、放熱部材を搭載できる隙間が非常に小さくなっている。そのため、厚さが１００μｍ以下のグラファイトフィルムでなければ、その隙間に搭載することができない。一方、１００μｍより厚いフィルムを搭載するためには、熱拡散フィルムを搭載するスペースを考慮して設計しなければならない。こうなると、電子機器の厚さが厚くなってしまうため、厚いグラファイトフィルムは薄型化が求められる小型電子機器の使用には敬遠される。
【００３０】
グラファイトフィルムの厚さの測定方法としては、５０ｍｍ×５０ｍｍのフィルムを厚さゲージ（ハイデンハイン（株）社製）を用い、室温（２５℃）の恒温室にて、任意の１０点を測定し、平均して測定値とした。
【００３１】
＜グラファイトフィルムの密度＞
グラファイトフィルムの密度は、グラファイトフィルムの質量（ｇ）をグラファイトフィルムの縦、横、厚さの積で算出した体積（ｃｍ3）で除することにより算出した。なお、グラファイトフィルムの厚さは、任意の１０点で測定した平均値を使用した。密度が高いほど、グラファイト化が顕著であることを意味している。
【００３２】
＜グラファイトフィルムと貼り合わせる保護フィルム＞
グラファイトフィルムは、粉落ちが発生し、機器内を汚染する可能性がある。また、グラファイトフィルムは、導電性を示すために、短絡を招く恐れもある。このような理由から、本発明のグラファイトフィルムは、保護フィルムと貼り合わせた方がよい。すなわち、図１を参照して、熱拡散フィルム１３は、グラファイトフィルム１５に貼り合わされている保護フィルム１６を有することが好ましい。保護フィルム１６としては、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステルなどのフィルムの片面にアクリル系、シリコーン系、エポキシ系、ポリイミド系の粘着材や接着剤が形成されたフィルムが好ましい。また、ポリエステル系などのホットメルトタイプ（熱可塑性）のフィルムであってもよい。また、熱放射率の高いテープは、貼り合わせると非接触の際の熱の伝達量が増加するため、好ましい。樹脂テープは熱伝導率が悪いので、薄いものがよい。
【００３３】
＜グラファイトフィルムと貼り合わせる接着層＞
図１を参照して、グラファイトフィルム１５を含む熱拡散フィルム１３を発熱体１１に非接触となるように対向させて配置するためには、熱拡散フィルム１３に関して、発熱体１１の反対側に位置する支持体１４（電子機器でいう筐体）の内面に粘着材、接着剤などの接着層１７により貼り付ける必要がある。本発明において接着層１７として用いられる粘着材または接着剤の材質は、アクリル系、シリコーン系、エポキシ系またはポリイミド系の樹脂である。このような粘着材および接着剤は熱伝導率が悪いので、接着層１７は、基本的に薄いほうがよい。
【００３４】
＜支持体の材質＞
図１を参照して、支持体１４は、電子機器の筐体に対応する。通常、電子機器はいくつかの発熱体１１が載った基板１２があり、この基板１２は樹脂あるいは金属製の筐体（支持体１４）で覆われている。本発明の放熱構造体では、このような電子機器の発熱体１１と筐体（支持体１４）の隙間に熱拡散フィルム１３を配置したものである。その際、熱拡散フィルム１３は、発熱体１１に接触しないように、支持体１４の内面に粘着材また、接着剤などの接着層１４を用いて接合される。本発明の支持体は、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ステンレス鋼板（ＳＵＳ）、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃｕを含む材料がある。
【実施例】
【００３５】
以下に実施例により発明の実施態様、効果を示すが、本発明はこれに限られるものではない。
【００３６】
＜グラファイトフィルム＞
［グラファイトフィルムＡ］
［ポリイミドフィルムＡの作製］
４，４’−オキシジアニリンの１当量を溶解したＤＭＦ（ジメチルフォルムアミド）溶液に、ビロメリット酸二無水物の１当量を溶解してポリアミド酸溶液（１８．５質量％）を得た。
【００３７】
この溶液を冷却しながら、ポリアミド酸に含まれるカルボン酸基に対して、１当量の無水酢酸、１当量のイソキノリン、およびＤＭＦを含むイミド化触媒を添加し脱泡した。次にこの混合溶液を乾燥後に所定の厚さになるようにアルミ箔上に塗布した。アルミ箔上の混合溶液層を、熱風オーブンおよび遠赤外線ヒーターを用いて乾燥した。
【００３８】
以下にできあがり厚さが７５μｍの場合におけるフィルム作製をする場合の乾燥条件を示す。アルミ箔上の混合溶液層は、熱風オーブンで１２０℃において２４０秒乾燥して、自己支持性を有するゲルフィルムにした。このゲルフィルムをアルミ箔から引き剥がし、フレームに固定し、熱風オーブンにて１２０℃で３０秒、２７５℃で４０秒、４００℃で４３秒、４５０℃で５０秒、さらに遠赤外線ヒーターにて４６０℃で２３秒、段階的に加熱して乾燥した。以上のようにして、厚さ７５μｍのポリイミドフィルムＡ（弾性率３．１ＧＰａ、吸水率２．５％、複屈折０．１０、線膨張係数３．０×１０-5℃-1）を製造した。
【００３９】
［炭素化フィルムＡの作製］
厚さ７５μｍのポリイミドフィルムＡを黒鉛板に挟み、電気炉を用いて窒素雰囲気下で、１０００℃まで昇温した後、１０００℃で１時間熱処理して炭素化処理（炭化処）を行ない、炭素化フィルムＡを得た。
【００４０】
［グラファイトフィルムＡの作製］
炭素化フィルムＡ（縦２００ｍｍ×横２００ｍｍ；面積４００ｃｍ2）を、縦２７０ｍｍ×横２７０ｍｍ×厚さ３ｍｍの板状の平滑なグラファイト板で上下から挟み、３００ｍｍ×横３００ｍｍ×厚さ６０ｍｍの黒鉛容器（容器Ａ）内に保持し、容器Ａの温度が３０００℃になるまで加熱し、炭素化フィルムＡをグラファイト化してグラファイトフィルムを作製した。この熱処理後のグラファイトフィルムを、単板プレスで厚さ方向に圧縮して、グラファイトフィルムＡ（厚さ４０μｍ）を得た。
【００４１】
［グラファイトフィルムＢ］
グラファイトフィルムＢは、松下電器産業（株）製のＰＧＳグラファイトフィルム「ＥＹＧＳ１８２３１０」である。
【００４２】
［グラファイトフィルムＣ］
グラファイトフィルムＣは、ジェルテック（株）製のグラファイトフィルム「λ３００μｍ品」である。
【００４３】
＜グラファイトフィルムの熱伝導率測定＞
上記グラファイトフィルムＡ、Ｂ、Ｃの熱伝導率は、次の式（１）
λ＝α×ｄ×Ｃp                                                （１）
から算出した。ここで、式（１）において、λは熱伝導率を、αは熱拡散率を、ｄは密度を、Ｃpは比熱容量をそれぞれ表わす。なお、グラファイトフィルムの熱拡散率、密度、比熱容量は以下に示す方法で求めた。
【００４４】
＜光交流法によるグラファイトフィルムの面方向の熱拡散率測定＞
グラファイト化の進行状況を、フィルムの面方向の熱拡散率を測定することによって判定した。熱拡散率が高いほど、グラファイト化が顕著であることを意味している。熱拡散率は、光交流法による熱拡散率測定装置（アルバック理工（株）社製ＬａｓｅｒＰｉｔ）を用いて、グラファイトフィルムを４ｍｍ×４０ｍｍのサンプル形状に切り取り、２０℃の雰囲気下、１０Ｈｚにおいて測定した。
【００４５】
＜レーザーフラッシュ法によるグラファイトフィルムの厚さ方向の熱拡散率および熱伝導率測定＞
レーザーフラッシュ法によるグラファイトフィルムの厚さ方向の熱拡散率および熱伝導率測定には、ＪＩＳ  Ｒ１６１１−１９９７に準拠した京都電子工業（株）製のＬＦＡ−５０２を用いた。グラファイトフィルムを直径１０ｍｍにカットし、このフィルムの両面をグラファイト化（黒鉛化）処理した後、室温でレーザーフラッシュ法による厚さ方向の熱拡散率測定を行なった。また、グラファイトフィルムの熱容量を熱容量が既知である参照標準物質Ｍｏとの比較から算出した。これら測定したグラファイトフィルムの厚さ方向の熱拡散率、密度、熱容量から厚さ向の熱伝導率を算出した。厚さ方向の熱拡散率および熱伝導率測定が大きいほど、厚さ方向の熱伝導性に優れていることを意味する。
【００４６】
＜グラファイトフィルムの密度測定＞
グラファイトフィルムの密度は、グラファイトフィルムの質量（ｇ）をグラファイトフィルムの縦、横、厚さの積で算出した体積（ｃｍ3）で除することにより算出した。なお、グラファイトフィルムの厚さは、任意の１０点で測定した平均値を使用した。密度が高いほど、グラファイト化が顕著であることを意味している。
【００４７】
＜グラファイトフィルムの厚さ測定＞
グラファイトフィルムの厚さの測定方法としては、５０ｍｍ×５０ｍｍのフィルムを厚さゲージ（ハイデンハイン（株）社製ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ−ＣＥＲＴＯ）を用いて室温（２５℃）の恒温室にて、任意の１０点を測定し、平均して測定値とした。
【００４８】
＜グラファイトフィルムの比熱測定＞
グラファイトフィルムの比熱測定は、エスアイアイナノテクノロジー株式会社製の熱分析システム、示差走査熱量計ＤＳＣ２２０ＣＵを使用して、２０℃から２６０℃まで１０℃／ｍｉｎの昇温条件で測定を実施した。表に示す値は５０℃のときの比熱である。
なお、グラファイトＢの比熱については、カタログ値を適用した。
【００４９】
＜評価系＞
今回の評価系は、たとえば図１を参照して、幅ＷH1１０ｍｍ×幅ＷH2１０ｍｍ×厚さ１ｍｍの発熱体１１と、発熱体１１を固定するための幅ＷS1５０ｍｍ×幅ＷS2５０ｍｍ×厚さ１ｍｍの基板１２と、グラファイトフィルム１５の一方の面に保護フィルム１６を他方の面に接着層１７を設けた熱拡散フィルム１３と、発熱体１１に対向して距離Ｄ離れた位置に熱拡散フィルム１３を支持する支持体１４から構成されている。発熱体の出力は１Ｗであり、材質はシリコンであった。本評価系の構成要素の材質および特性の詳細を表１にまとめた。
【００５０】
【表１】
2008277432.tif 000003
【００５１】
（実施例１）
本実施例の放熱構造体は以下の構成を有する。幅ＷH1１０ｍｍ×幅ＷH2１０ｍｍ×厚さ１ｍｍのシリコン製の出力１Ｗの発熱体１１が、幅ＷS1５０ｍｍ×幅ＷS2５０ｍｍ×厚さ１ｍｍのエポキシ樹脂製の基板１２の中央部に固定される。幅ＷF1５０ｍｍ×幅ＷF2×厚さ０．０４ｍｍのグラファイトフィルムＡ（グラファイトフィルム１５）の片面に厚さ１０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂製の保護フィルム１６が形成され他の片面に厚さ１０μｍのアクリル系粘着材の接着層１７が形成されている熱拡散フィルム１３（厚さ６０μｍ）が、発熱体１１に対向して距離Ｄが０．１ｍｍの間隔を有する位置に支持されるように、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂製の支持体１４の内面に貼り合わされている。ここで、発熱体１１の中央部と熱拡散フィルムの中央部とが対向している。実施例の放熱構造体について、発熱開始から６００秒経過後（定温状態となったとき）の発熱体の中心部の温度ＴH（℃）および支持体外面中央部（この部分は発熱体中心部の真上に位置する）の温度ＴC（℃）を測定することにより、放熱特性を評価した。発熱体中心部温度ＴHは７３．４６℃、支持体外面中央部温度ＴCは４１．２６℃であった。結果を表２にまとめた。
【００５２】
（実施例２）
発熱体１１と熱拡散フィルム１３との距離Ｄが０．２ｍｍであること以外は、実施例１と同様の構成を有する放熱構造体の放熱性を評価した。発熱体中心部温度ＴHは９４．６６℃、支持体外面中央部温度ＴCは４０．２７℃であった。結果を表２にまとめた。
【００５３】
（実施例３）
発熱体１１と熱拡散フィルム１３との距離Ｄが０．３ｍｍであること以外は、実施例１と同様の構成を有する放熱構造体の放熱性を評価した。発熱体中心部温度ＴHは１１０．３０℃、支持体外面中央部温度ＴCは３９．４０℃であった。結果を表２にまとめた。
【００５４】
（実施例４）
発熱体１１と熱拡散フィルム１３との距離Ｄが０．０５ｍｍであること以外は、実施例１と同様の構成を有する放熱構造体の放熱性を評価した。発熱体中心部温度ＴHは５９．９０℃、支持体外面中央部温度ＴCは４１．８０℃であった。結果を表２にまとめた。
【００５５】
（実施例５）
グラファイトフィルムＢを用いたこと以外は、実施例１と同様の構成を有する放熱構造体の放熱性を評価した。発熱体中心部温度ＴHは７３．５０℃、支持体外面中央部温度ＴCは４１．９５℃であった。結果を表２にまとめた。
【００５６】
（実施例６）
図２を参照して、幅ＷF1５０ｍｍ×幅ＷF2８０ｍｍ×厚さ６０μｍの熱拡散フィルムを使用したこと以外は、実施例１と同様の構成を有する放熱構造体の放熱を評価した。発熱体中心部温度ＴHは６８．５１℃、支持体外面中央部温度ＴCは３６．１２℃であった。結果を表２にまとめた。
【００５７】
（実施例７）
図３を参照して、幅ＷF1９０ｍｍ×幅ＷF2１００ｍｍ×厚さ６０μｍの熱拡散フィルムを使用したこと以外は、実施例１と同様の構成を有する放熱構造体の放熱性を評価した。発熱体中心部温度ＴHは６３．５０℃、支持体外面中央部温度ＴCは２９．７０℃であった。結果を表２にまとめた。
【００５８】
（実施例８）
図４を参照して、幅ＷF1１．８ｍｍ×幅ＷF2１．８ｍｍ×厚さ６０μｍの熱拡散フィルムを使用したこと以外は、実施例１と同様の構成を有する放熱構造体の放熱性を評価した。発熱体中心部温度ＴHは９３．３６℃、支持体外面中央部温度ＴCは６３．８６℃であった。結果を表２にまとめた。
【００５９】
（実施例９）
図３を参照して、幅ＷF1１００ｍｍ×幅ＷF2１２０ｍｍ×厚さ６０μｍの熱拡散フィルムを使用したこと以外は、実施例１と同様の構成を有する放熱構造体の放熱性を評価した。発熱体中心部温度ＴHは６３．２０℃、支持体外面中央部温度ＴCは２９．６８℃であった。結果を表２にまとめた。
【００６０】
（比較例１）
図５を参照して、発熱体１１と熱拡散フィルム１３との距離が０ｍｍであること、つまり接触させたこと以外は、実施例１と同様の構成を有する放熱構造体の放熱性を評価した。発熱体中心部温度ＴHは４３．８１℃、支持体外面中央部温度ＴCは４２．１９℃であった。結果を表２にまとめた。
【００６１】
（比較例２）
図１を参照して、発熱体１１と熱拡散フィルム１３との距離Ｄが０．５ｍｍであること以外は、実施例１と同様の構成で放熱構造体の放熱性を評価した。発熱体中心部温度ＴHは１３１．７１℃、支持体外面中央部温度ＴCは３８．２５℃であった。結果を表２にまとめた。
【００６２】
（比較例３）
図６を参照して、熱拡散フィルムを使用せず、発熱体１１と支持体１３との距離Ｄを０．１ｍｍとしたこと以外は、実施例１と同様の構成を有する放熱構造体の放熱性を評価した。発熱体中心部温度ＴHは１７１．９５℃、支持体外面中央部温度ＴCは１５４．５７℃であった。結果を表２にまとめた。
【００６３】
（比較例４）
グラファイトフィルムＣを使用したこと以外は、実施例１と同様の構成を有する放熱構造体の放熱性を評価した。発熱体中心部温度ＴHは７５．２０℃、支持体外面中央部温度ＴCは４３．８０℃であった。結果を表２にまとめた。
【００６４】
（参考例１）
図７を参照して、熱拡散フィルムと支持体を使用せず、発熱体１１とそれを固定する基板１２のみで放熱性を評価した。ここでは、放熱性の評価として、発熱体の中心部の温度ＴH（℃）のみを測定した。発熱体中心部温度ＴHは１７４．６７℃であった。結果を表２にまとめた。
【００６５】
【表２】
2008277432.tif 000004
【００６６】
＜支持体外面中央部温度ＴC＞
発熱体と熱拡散フィルムとが非接触である実施例１〜実施例９の放熱構造体の支持体外面中央部温度ＴC（以下、支持体温度ともいう）は、発熱体と熱拡散フィルムが接触している比較例１の支持体温度に比べて低くなった。これは、発熱体と熱拡散フィルムが非接触のため熱拡散フィルムによる放熱量は小さくなり、発熱体中心部温度ＴH（以下、発熱体温度ともいう）自体は増加しているものの、発熱体と熱拡散フィルムの間の空気層が断熱層として作用し、支持体の外面中央部への熱の伝達が抑制されたためである。実際に携帯電話などの設計時に低温火傷予防を目的として、外部に熱を伝え過ぎないような設計が求められる場合があるが（実際に４２℃以下に制限される場合がある）、非接触にすることでこのような要望に応えることができる。
【００６７】
＜発熱体中心部温度ＴH＞
一方で、発熱体中心部温度ＴH（発熱体温度）は、発熱体と熱拡散フィルムの距離が離れる程、高くなっていることがわかる。携帯電話などの小型電子機器のように発熱量の小さな（出力２Ｗ以下）半導体チップは、耐熱性には余裕があるために、発熱体温度の増加をある程度は犠牲にして、外部に熱を伝えすぎない非接触の構造をとることが有用であると言える。実際に発熱体の耐熱温度は１２０℃以下に制限される場合があるが、実施例１〜４、比較例２を見ると、発熱体と熱拡散フィルムの距離が０．３ｍｍ以下であれば、この条件を満たすことができる。
【００６８】
＜発熱体と熱拡散フィルムの距離＞
上記のように、発熱体と熱拡散フィルムとの距離Ｄが大きくなる程、支持体温度は低くなり、発熱体温度が高くなる。支持体温度（支持体外面中央部温度ＴC）が低くなることに加え、熱拡散フィルムの取り付けやすさなどの利点などを考慮すると、発熱体と熱拡散フィルムが非接触である放熱構造体が優れていることがわかる。
【００６９】
＜熱拡散フィルムの面積＞
実施例１、６、７および８を見ると、熱拡散フィルムの面積が大きい程、放熱性に優れ、発熱体温度（発熱体中心部温度ＴH）および支持体温度（支持体外面中央部温度ＴC）が低くなっていることがわかる。実施例８のように熱拡散フィルムの面積が小さい場合は、支持体温度ＴCは６３．８６℃であり、熱拡散性が悪くなることがわかる。発熱体と熱拡散フィルムが非接触の場合、熱拡散フィルムの面積ＳFは発熱体の面積（熱拡散フィルムに対向する面の面積）ＳHの４倍以上であれば、発熱体の熱を熱拡散フィルムに効率的に伝達でき熱の拡散が行なえる。一方、実施例７と８とを比較すると、熱拡散フィルムの面積ＳFが発熱体の面積ＳHの１００倍より大きくになるとその放熱特性は頭打ちになり、コスト削減、省スペース化の観点から、熱拡散フィルムの面積ＳFは発熱体の面積ＳHの１００倍以下であることが望ましい。
【００７０】
＜グラファイトフィルムの物性＞
実施例１、５および比較例４を比較すると、実施例１および実施例５における支持体外面中央部温度ＴCはそれぞれ４１．２６℃、４１．９５℃であり、いずれも４２℃以下であるためによい。一方、比較例４における支持外面中央部体温度ＴCは４３．８０℃であり、熱が外部により大きく伝達されている。これは、グラファイトフィルムＣの面方向の熱の拡散性が低く、厚さ方向の熱の拡散性が高いために、熱を外部に伝えやすいからである。また、グラファイトフィルムＣの厚さは３００μｍであり、グラファイトフィルムＡ，Ｂと比較して非常に厚いため、薄型化が進んだ小型電子機器においては、有用なグラファイトフィルムとはいえない。
【００７１】
＜まとめ＞
高熱伝導率のグラファイトフィルムを発熱体との距離が０．３ｍｍ以内で非接触で配置することで、支持体に熱を伝え過ぎないように放熱することできる。距離を離し過ぎると発熱体から熱拡散フィルムへ熱を伝達することができず、発熱体温度は大きく上昇する。したがって、発熱体から熱拡散フィルムを近づけ過ぎず、遠ざけ過ぎないように配置する必要がある。その兼ね合いが非常に難しく、発熱体のワット数が変ると違ってくる。実施例の距離のみに限らず、それぞれの系で非接触の距離を決定する必要がある。
【００７２】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明にかかる放熱構造体の一例を示す概略図である。ここで、（ａ）は放熱構造体の概略断面図であり、（ｂ）は放熱構造体の上面から見た発熱体、基板および熱拡散フィルムを示す概略平面図である。
【図２】本発明にかかる放熱構造体の他の例を示す概略図である。ここで、（ａ）は放熱構造体の概略断面図であり、（ｂ）は放熱構造体の上面から見た発熱体、基板および熱拡散フィルムを示す概略平面図である。
【図３】本発明にかかる放熱構造体のさらに他の例を示す概略図である。ここで、（ａ）は放熱構造体の概略断面図であり、（ｂ）は放熱構造体の上面から見た発熱体、基板および熱拡散フィルムを示す概略平面図である。
【図４】本発明にかかる放熱構造体のさらに他の例を示す概略図である。ここで、（ａ）は放熱構造体の概略断面図であり、（ｂ）は放熱構造体の上面から見た発熱体、基板および熱拡散フィルムを示す概略平面図である。
【図５】典型的な放熱構造体の一例を示す概略図である。ここで、（ａ）は放熱構造体の概略断面図であり、（ｂ）は放熱構造体の上面から見た発熱体、基板および熱拡散フィルムを示す概略平面図である。
【図６】典型的な放熱構造体の他の例を示す概略図である。ここで、（ａ）は放熱構造体の概略断面図であり、（ｂ）は放熱構造体の上面から見た発熱体および基板を示す概略平面図である。
【図７】基板上に配置されている発熱体を示す概略図である。ここで、（ａ）は発熱体および基板の概略断面図であり、（ｂ）は上面から見た発熱体および基板を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０  放熱構造体、１１  発熱体、１２  基板、１３  熱拡散フィルム、１４  支持体、１５  グラファイトフィルム、１６  保護フィルム、１７  接着層、ＳF  熱拡散フィルムの面積、ＳH  発熱体の面積、ＳS  基板の面積、ＴC  支持体外面中央部温度、ＴH  発熱体中心部温度、ＷF1，ＷF2  熱拡散フィルムの幅、ＷH1，ＷH2  発熱体の幅、ＷS1，ＷS2  基板の幅。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008277432.tif 000008
【図５】
2008277432.tif 000009
【図６】
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【図７】
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