(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒子径２０〜３５μｍの窒化アルミニウム粉末４０〜６０体積部、平均粒子径０．１〜２μｍの窒化アルミニウム粉末４０〜６０体積部である熱伝導性粉末１００体積部に対し、エチレン−酢酸ビニル共重合体とワックスからなり、ワックスの割合が５５〜７５体積％である加温により相変化する融点が４０〜１００℃の有機物４０〜１００体積部が充填された成形物からなることを特徴とする放熱部材。
【請求項２】
平均粒子径２０〜３５μｍの窒化アルミニウム粉末４５〜５５体積部、平均粒子径０．１〜２μｍのアルミナ粉末４５〜５５体積部である熱伝導性粉末１００体積部に対し、エチレン−酢酸ビニル共重合体とワックスからなり、ワックスの割合が５５〜７５体積％である加温により相変化する融点が４０〜１００℃の有機物４０〜１００体積部が充填された成形物からなることを特徴とする放熱部材。
【請求項３】
平均粒子径２０〜３５μｍの窒化アルミニウム粉末５０〜５５体積部、平均粒子径０．１〜２μｍの窒化アルミニウム粉末２５〜３７．５体積部及び平均粒子径０．１〜２μｍのアルミナ粉末７．５〜２５体積部である熱伝導性粉末１００体積部に対し、エチレン−酢酸ビニル共重合体とワックスからなり、ワックスの割合が５５〜７５体積％である加温により相変化する融点が４０〜１００℃の有機物４０〜１００体積部が充填された成形物からなることを特徴とする放熱部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピューター、ワードプロセッサーなどの情報処理機器におけるＩＣ、ＬＳＩ、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の半導体素子より発生する熱を効率よく放出するのに有用な放熱部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発熱性電子部品は高密度化により、放熱部材の低熱抵抗化の要求が益々高まっている。また、情報処理機器は携帯用使用の薄型サイズのものが好まれるようになった。これらのことから、情報処理機器に用いられる放熱部材には低熱抵抗性のものが要求されている。
【０００３】
従来、放熱部材としては、高熱伝導性フィラーを含有する放熱グリースや、シリコーンゴムなどの柔軟なマトリックスと高熱伝導性フィラーからなる柔軟性放熱部材（放熱スペーサーともいわれている）などがある。
【０００４】
しかしながら、放熱グリースは、塗布工程での作業性の悪さ、周囲部位の汚れなどの問題から敬遠される傾向にある。柔軟性放熱部材は使用時の厚みが比較的厚くなるため、発熱性電子部品と放熱フィンの間に装着した場合、放熱部材自身の熱抵抗が低くとも、実装した場合の熱抵抗を著しく低下させることは困難であった。
【０００５】
すなわち、情報処理機器の放熱を効率よく行うには、放熱部材自身の熱抵抗を下げること、放熱部材と発熱性電子部品及び放熱フィンとの密着性を高めて隙間発生による熱抵抗の増大を和らげること、放熱部材の厚みが装着された状態で薄化されること（すなわち相変化型放熱部材であること）が理想的である。
【０００６】
相変化型放熱部材は、高温により軟化する有機物からなるマトリックスと、金属粉末や無機セラミックス粉末などの熱伝導性粉末（以下、フィラーという）とから構成されている。放熱部材を低熱抵抗性とするには、フィラーをできるだけ最密充填させる必要があり、そのためには粒子径の異なる特定材質のフィラーを組み合わせ使用することが課題解決の糸口となるが、このような観点にたった先行技術は見あたらない。
【０００７】
【本発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記に鑑み、放熱部材自身の熱抵抗が小さく、しかも発熱性電子部品と放熱フィンとの間に容易に密着し、薄化容易な相変化型放熱部材を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、平均粒子径２０〜３５μｍの窒化アルミニウム粉末４０〜６０体積部、平均粒子径０．１〜２μｍの窒化アルミニウム粉末４０〜６０体積部である熱伝導性粉末１００体積部に対し、エチレン−酢酸ビニル共重合体とワックスからなり、ワックスの割合が５５〜７５体積％である加温により相変化する融点が４０〜１００℃の有機物４０〜１００体積部が充填された成形物からなることを特徴とする放熱部材である。
また、本発明は、平均粒子径２０〜３５μｍの窒化アルミニウム粉末４５〜５５体積部、平均粒子径０．１〜２μｍのアルミナ粉末４５〜５５体積部である熱伝導性粉末１００体積部に対し、エチレン−酢酸ビニル共重合体とワックスからなり、ワックスの割合が５５〜７５体積％である加温により相変化する融点が４０〜１００℃の有機物４０〜１００体積部が充填された成形物からなることを特徴とする放熱部材である。
また、本発明は、平均粒子径２０〜３５μｍの窒化アルミニウム粉末５０〜５５体積部、平均粒子径０．１〜２μｍの窒化アルミニウム粉末２５〜３７．５体積部及び平均粒子径０．１〜２μｍのアルミナ粉末７．５〜２５体積部である熱伝導性粉末１００体積部に対し、エチレン−酢酸ビニル共重合体とワックスからなり、ワックスの割合が５５〜７５体積％である加温により相変化する融点が４０〜１００℃の有機物４０〜１００体積部が充填された成形物からなることを特徴とする放熱部材である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、更に詳しく本発明について説明する。
【００１０】
フィラーと、加温によって相変化する有機物からなるマトリックス（以下、単にマトリックスともいう）との構成比は、フィラー１００体積部に対してマトリックス４０〜１００体積部、特に４７〜６３体積部であることが好ましい。マトリックスが４０体積部未満であると、フィラーの流動性低下により、発熱性電子部品と放熱フィンとの間に容易に密着させることが困難となり、放熱部材の組み込まれた情報処理機器の放熱効率が十分でなくなる。一方、１００体積部を超えると、フィラーが相対的に少なくなるため、放熱部材自身の熱抵抗を０．０４０℃／Ｗ以下とすることが困難となる。
【００１１】
マトリックスは、融点が４０〜１００℃の有機物で構成されていることが望ましい。融点が１００℃を超える有機物であると、半導体素子に大きな熱的負荷がかかり、情報処理機器の誤作動の原因となる。融点が４０℃未満では、放熱部材の取り付け作業時に軟化する恐れがあり、取り扱いが不便になる。
【００１２】
融点が４０〜１００℃の有機物を例示すれば、エチレン系樹脂、プロピレン系樹脂、エチレン−α−オレフィン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体等の熱可塑性樹脂、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラクタムワックス等のワックスである。なかでも、エチレン−酢酸ビニル共重合体は最も低熱抵抗性であるので好ましく、特に相変化性を高めるためにワックスと併用されていることが好ましい。エチレン−酢酸ビニル共重合体の具体例として、三井・デュポンポリケミカル社製「エバフレックス２１０」がある。また、ワックスとしては、日本精鑞社製の「パラフィンワックス・シリーズ」、「マイクロクロスタリンワックスＨｉ−Ｍｉｃシリーズ」等がある。
【００１３】
マトリックスが、エチレン−酢酸ビニル共重合体とワックスの混合物から構成されている場合、ワックスの構成割合は５５〜７５体積％であることが望ましい。ワックスの割合が５５体積％未満では、加温による相変化の程度が小さくなるため、放熱部材の組み込まれた情報処理機器の放熱特性が乏しくなり、また７５体積％超であると放熱部材の製造が容易でなくなる。
【００１４】
本発明で使用されるフィラーは、アルミナ、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素等である。これらの中でも、フィラー１００体積部に対し有機物４０〜１００体積部を混合し、ＴＯ−３型形状の放熱部材を製造したときに、その熱抵抗が０．０４０℃／W以下となるものが好ましく、これを満たさせるには、窒化アルミニウム粉末、又は窒化アルミニウム粉末とアルミナ粉末との混合粉末が必須成分として含まれていなければならない。
【００１５】
すなわち、本発明で使用されるフイラーは、平均粒子径２０〜３５μｍの窒化アルミニウム粉末（以下、粗粉窒化アルミニウム粉末という）と平均粒子径０．１〜２μｍの窒化アルミニウム粉末（以下、微粉窒化アルミニウム粉末という）からなる混合粉末であるか、又はこれに更に平均粒子径０．１〜２μｍのアルミナ粉末（以下、微粉アルミナという）が混合された混合粉末であって、それらを座標軸とする三成分組成図（図１参照）において、点Ａ（６５、３５、０）、Ｂ（５５、０、４５）、Ｃ（４５、０、５５）、Ｄ（３５、６５、０）を結ぶ線で囲まれた線分を含む範囲内のものである。このフィラーの使用によって、放熱部材が、高絶縁性かつ高低熱抵抗性（０．０４０℃／Ｗ）を維持し、しかも６０℃程度に加温されたときに、発熱性電子部品と放熱フィンとの間に容易に密着し、薄化が容易となる。
【００１６】
本発明で使用されるフィラーにおいて、平均粒子径の組み合わせが上記以外であるか、又は平均粒子径の組み合わせが適切であっても粉末種が上記以外であると、放熱部材の熱伝導性が従来レベルを超えても情報処理機器の放熱効率を著しく向上させることはできない。なお、フィラーの微粉アルミナ成分は耐湿材料として機能する。
【００１７】
放熱部材の厚みは、０．１５〜６ｍｍ、特に０．１５〜０．５ｍｍが一般的である。放熱部材の平面形状は、発熱性電子部品や放熱フィンと密着できる形状ないしは発熱性電子部品を埋没できる形状であれば制限はない。
【００１８】
本発明の放熱部材は、原料の混合・成形を経て製造される。混合には、スリーワンモーター等を用い、加温下で行われる。成形方法は、ロールブレードによる引出し法が望ましく、引き出しには離型処理の施されたフィルムを用いることが好ましい。そのフィルムの一例として、シリコーンを塗布したポリエチレンテレフタレートフィルムがある。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例をあげて更に具体的に本発明を説明する。
【００２０】
実施例１〜７
エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂（三井・デュポンポリケミカル社製商品名「エバフレックス２１０」）と、ワックス（日本精鑞社製商品名「ＷＡＸ１１５」）とを表１に示す割合で、１３０℃の加温下で混合し、マトリックス原料を調製した。
【００２１】
一方、窒化アルミニウム焼結体を粉砕して得た平均粒子径３０μｍの粗粉窒化アルミニウム粉末、平均粒子径１．６μｍの微粉窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製商品名「Ｈグレード」）、平均粒子径０．５μｍの微粉アルミナ（住友化学社製商品名「ＡＡ０５」）を表１に示す体積百分率で混合し、フィラーを調製した。
【００２２】
フィラーとマトリックス原料を表１に示す割合で、１３０℃の加温下で混合し、引出し法にて厚さ０．２５ｍｍのシート状放熱部材を製造した。
【００２３】
比較例１〜６
フィラーとマトリックスを表２に示す割合としたこと以外は、実施例に準じて厚さ０．２５ｍｍのシート状放熱部材を製造した。
【００２４】
比較例７
粗粉窒化アルミニウム粉末の代わりに、窒化アルミニウム焼結体を粉砕して得た平均粒子径６０μｍの窒化アルミニウム粉末を用いたこと以外は、実施例２と同様にしてシート状放熱部材を製造した。
【００２５】
比較例８
微粉窒化アルミニウム粉末の代わりに、平均粒子径１２μｍのアルミナ粉末（昭和電工社製商品名「ＡＳ−４０」）を用いたこと以外は、実施例２と同様にしてシート状放熱部材を製造した。
【００２６】
上記で得られた放熱部材の熱抵抗、密着性、相変化性、耐湿性を以下に従って測定した。それらの結果を実施例１〜７については表１、比較例１〜６については表２、比較例７及び８については表３に示す。
【００２７】
（１）熱抵抗
放熱部材をＴＯ−３型銅製ヒーターケースと銅板の間に０．０３５Ｎ・ｍの力がかかるようにネジ止めした後、ヒーターケースと銅板が６０℃になるまで加熱後室温まで冷却する。ついで、ヒーターケースに電力１５Ｗをかけて４分間保持したときに、銅製ヒーターケースと銅板の温度差を測定し、式、熱抵抗(℃／Ｗ)＝温度差（℃）／印加電力（Ｗ）、により算出した。
【００２８】
（２）密着性
放熱部材を１５×１５ｍｍの大きさに打ち抜き、断面積１０×１０ｍｍの銅製ヒーターに挟んだ後、１．５ｋｇの荷重をかけ、６０℃で２０分間加温した。その後、銅製ヒーターからの放熱部材の剥がれ易さを調べた。
「○」：放熱部材が密着し、容易に剥がせない。
「×」：放熱部材が密着せず、容易に剥がせる。
【００２９】
（３）相変化性
放熱部材を１５×１５ｍｍに打ち抜き、離形処理したポリエチレンテレフタレートフィルムに挟んだ後、６０℃の加温下で１．５ｋｇの荷重をかけ、２０分間放置した。放置後、放熱部材の厚みを測定し、式、相変化性（％）＝｛１−放置後の厚さ（ｍｍ）／元の厚さ（ｍｍ）｝×１００、により算出した。
【００３０】
（４）耐湿性
放熱部材を温度８０℃、相対湿度９５％の雰囲気下に１０００時間放置した後、放熱部材の熱抵抗を上記に従って測定し、式、耐湿性＝放置後の熱抵抗（℃／W）−放置前の熱抵抗（℃／W）、にて算出した。この値が低いほど耐湿性が優れている。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
【表２】
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【００３３】
【表３】
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【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、放熱部材自身の熱抵抗が小さく、しかも発熱性電子部品と放熱フィンとの間に容易に密着し、薄化容易な相変化型放熱部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】三成分組成図
【図１】
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