(57)【要約】【課題】形状追随性に優れた、ペーストとは異なる放熱部材、その製造方法及びそれが組み込まれた電子機器を提供する。【解決手段】ＪＩＳ  Ｋ６２５３によるＥ型硬度が６５以下のシリコーン層と、粘着性熱可塑性樹脂層とが、金属箔を挟んで積層されてなり、熱伝導率が２．０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする放熱部材。金属箔とシリコーン層の２層体を製造してから、そのシリコーン層のない反対側のアルミニウム箔面に粘着性熱可塑性樹脂層を形成することを特徴とする放熱部材の製造方法。シリコーン層側を発熱性電子部品に、粘着性熱可塑性樹脂層側をヒートシンクに接面させて、放熱部材が組み込まれてなることを特徴とする電子機器。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＪＩＳ  Ｋ６２５３によるＥ型硬度が６５以下のシリコーン層と、粘着性熱可塑性樹脂層とが、金属箔を挟んで積層されてなり、熱伝導率が２．０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする放熱部材。
【請求項２】
シリコーン層の熱伝導率及び厚みが、粘着性熱可塑性樹脂層の熱伝導率及び厚みよりもいずれも大きいことを特徴とする請求項１記載の放熱部材。
【請求項３】
粘着性熱可塑性樹脂層の粘着力が、アルミニウム板に対する値として０．５Ｎ／２５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の放熱部材。
【請求項４】
金属箔とシリコーン層の２層体を製造してから、そのシリコーン層を有しない反対側の金属箔面に、粘着性熱可塑性樹脂層を形成することを特徴とする放熱部材の製造方法。
【請求項５】
シリコーン層側を発熱性電子部品に、粘着性熱可塑性樹脂層側をヒートシンクに接面させて、請求項１〜３記載のいずれかの放熱部材が組み込まれてなることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱部材、その製造方法及び用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パワートランジスタやパワーモジュール等の大きな発熱を伴う電子部品を、放熱フィン等のヒートシンクに取り付ける際に、隙間をなくし、電子部品で発生した熱を効率よくヒートシンクに伝達するため、放熱部材が使用されている。放熱部材としては、例えばシリコーン系グリースに熱伝導性無機粉末を混合したペースト（特許文献１）、シリコーン系ゴムにアルミナ、窒化窒化硼素、窒化アルミニウム等の熱伝導性粉末を混合したシート（特許文献２）などが知られている。
【特許文献１】特開２０００−６３８７３号公報
【特許文献２】特許第３４３４６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ペーストでは、それの塗布作業が必要であり、しかも塗布後にペーストが経時的に流出する欠点があった。シートでは、塗布作業がないので工程の煩雑さはないが形状追随性が悪いために部品間の隙間をなくする効果が小さかった。
【０００４】
本発明の目的は、形状追随性に優れた、ペーストとは異なる放熱部材、その製造方法及びそれが組み込まれた電子機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、本発明は、ＪＩＳ  Ｋ６２５３によるＥ型硬度が６５以下のシリコーン層と、粘着性熱可塑性樹脂層とが、金属箔を挟んで積層されてなり、熱伝導率が２．０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする放熱部材である。この場合において、シリコーン層の熱伝導率及び厚みが、粘着性熱可塑性樹脂層の熱伝導率及び厚みよりも大きいことが好ましい。また、粘着性熱可塑性樹脂層の粘着力が、アルミニウム板に対する値として０．５Ｎ／２５ｍｍ以上であることが好ましい。
【０００６】
また、本発明は、金属箔とシリコーン層の２層体を製造してから、そのシリコーン層を有しない反対側の金属箔面に粘着性熱可塑性樹脂層を形成することを特徴とする放熱部材の製造方法である。さらに、本発明は、シリコーン層側を発熱性電子部品に、粘着性熱可塑性樹脂層側をヒートシンクに接面させて、上記いずれかの放熱部材が組み込まれてなることを特徴とする電子機器である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、形状追随性に優れた、ペーストとは異なる放熱部材とその製造方法が提供される。また、放熱特性に優れた例えばパワーモジュール等の電子機器が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明のシリコーン層に使用されるシリコーン樹脂としては、難燃性の付与されたものが好適であり、その市販品を例示すれば、２液タイプのＧＥ東芝シリコーン社製商品名「シリコーンゲルＸＥ１４−Ｂ１０５７」、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製商品名「シリコーンゲルＳＥ１８８６」、「シリコーンゲルＳＥ１８８５」等である。
【０００９】
また、シリコーン層を熱伝導性とするために使用される熱伝導性物質としては、例えばアルミニウム、銅、銀等の金属、アルミナ、マグネシア、シリカ等の金属酸化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素等の窒化物、黒鉛、炭化ホウ素等の炭化物等から選ばれた１種又は２種以上である。それらの形状は、例えば粉状、繊維状、針状、鱗片状、球状等制約はない。熱伝導性物質の市販品を例示すれば、東洋アルミニウム社製商品名「窒化アルミニウム粉末Ｒ１５ＫＳ」、「アルミニウム粉ＡＣ１００３」、「アルミニウム粉ＡＣ２５００」、電気化学工業製商品名「球状アルミナＤＡＭ４５」、住友化学社製商品名「アルミナＡＡ０５」、「ＡＡ２」等である。
【００１０】
これらの熱伝導性物質は、シリコーン層中に７０〜９５質量％、特に８０〜９０質量％を含有していることが好ましい。これによって、シリコーン層の熱伝導率を２．０Ｗ／ｍＫ以上確保することができる。また、シリコーン層の硬化度合いを調整することによって、ＪＩＳ  Ｋ６２５３によるＥ型硬度を６５以下とすることができる。シリコーン層のＥ型硬度が６５をこえると、放熱部材の形状追随性が悪化するので、半導体チップ等の発熱性電子部品と直接接触させても両者の隙間を十分に埋めることが困難となり、熱をスムーズに伝達することができなくなる。また、例えば荷重に弱いボールグリッドアレイタイプのチップ等では、ハンダ付け部分の剥がれや、チップ自体を破壊する恐れがある。
【００１１】
粘着性熱可塑性樹脂層は、熱可塑性樹脂と粘着付与剤とを必須成分としている。熱可塑性樹脂としては、例えばエチレン系樹脂、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から選ばれた１種又は２種以上を用いることができる。また、粘着付与剤としては、例えば、天然物やその誘導体として、ガムロジン、トール油ロジン、ウッドロジン、水添ロジン、不均化ロジン、重合ロジン、ロジングリセリンエステル、水添ロジンペンタエリエウリトールエステル等、合成樹脂として、石油樹脂、水添石油樹脂、クマロン・インデン樹脂、スチレン系樹脂、フェノール系樹脂、キシレン系樹脂等を用いることができる。
【００１２】
熱可塑性樹脂層の粘着力は、粘着性熱可塑性樹脂層を例えば放熱フィン等のヒートシンクに直接接面させて組み込む際、位置ズレが起こらないようにするため、またアルミニウム板に貼着して包装し、保管や輸送時の振動による剥がれ落ちがないようにするため、アルミニウム板への粘着力として０．５Ｎ／２５ｍｍ以上であることが好ましい。この粘着力は、粘着付与剤の使用量で調整することができ、その測定はＪＩＳ  Ｚ０２３７「粘着テープ・粘着シート試験方法」の９０°引剥し粘着力の測定に準じて行うことができる。
【００１３】
粘着性熱可塑性樹脂層を熱伝導性とするため、上記した熱伝導性物質を粘着性熱可塑性樹脂層中、６０〜９０質量％、特に７０〜８５質量％を含有させることが好ましい。熱伝導性物質の含有率を著しく高めると粘着力が不十分となり、著しく低めると熱伝導性が不足する。
【００１４】
本発明で使用される金属箔としては、例えば銅箔、アルミニウム箔、それらの合金箔、クラッド箔等の良熱伝導性金属箔である。金属箔の厚みとしては、形状追随性を良好とするために、０．２ｍｍ以下、特に０．０１〜０．０５ｍｍであることが好ましい。中でも、日本製箔社製商品名「軟質アルミニウムＡ１Ｎ２０Ｈ−Ｏ」、「軟質アルミニウムＡ１Ｎ３０Ｈ−Ｏ」等のアルミニウム箔が好ましい。
【００１５】
本発明の放熱部材の熱伝導率は、電子機器の良好な放熱性付与を考慮し、２Ｗ／ｍＫ以上である。特に、シリコーン層の熱伝導率が粘着性熱可塑性樹脂層のそれよりも大きいことが好ましく、中でも粘着性熱可塑性樹脂層の熱伝導率は１．５Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。
【００１６】
本発明の放熱部材の全体寸法の一例を示せば、１０〜５０ｍｍ×１０〜５０ｍｍ×厚み０．５〜３ｍｍのシート状である。なかでも、シリコーン層の厚みを粘着性熱可塑性樹脂層の厚みよりも厚くする、特にシリコーン層の厚みを粘着性熱可塑性樹脂層の厚みよりも１．５〜２０倍、更には５〜１５倍厚くすることによって、十分な粘着力と高柔軟性を兼ね備えさせることができる。
【００１７】
本発明の放熱部材の製造方法は、まず金属箔の一方の面にシリコーン層を形成させて２層体を製造した後、シリコーン層を形成させない反対側の金属箔面に粘着性熱可塑性樹脂層を形成させる方法である。
【００１８】
上記２層体は、例えば、シリコーン樹脂とその硬化剤と熱伝導性物質とを混合し、さらに必要に応じて架橋剤や塩化白金酸等の難燃性付与剤等を混合してゲル状シリコーン樹脂組成物を調合し、それをドクターブレード法や押出法等によって金属箔の片面に積層させた後、温度１２０〜１７０℃で加熱・架橋することによって製造することができる。
【００１９】
また、シリコーン層を形成させない金属箔面に粘着性熱可塑性樹脂層を形成させるには、例えば粘着性熱可塑性樹脂成形体を個別に製造しておきそれを貼着するラミネート法、粘着性熱可塑性樹脂層をトルエンなどの有機溶剤に溶かし、それをドクター等のコーターで金属箔の面にコーティングしてから溶剤を揮発させ、その後、ローラー部分を粘着性熱可塑性樹脂の軟化点以上に加温したラミネーターを通過させることにより粘着性を発現させる方法などによって行うことができる。粘着性熱可塑性樹脂成形体は、例えば熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度で各種添加剤や熱伝導性粉末を混合・混練した後、その混練物を、加熱ラミネーターを通すことによって製造することができる。
【００２０】
本発明の電子機器は、上記本発明の放熱部材が、そのシリコーン層側を発熱性電子部品に、粘着性熱可塑性樹脂層側をヒートシンクに接面させて組み込まれてなるものである。その一例を示せば、発熱性電子部品を放熱部材のほぼ中央に位置させ、放熱部材の粘着性熱可塑性樹脂層側をヒートシンクに接面して貼着する。ヒートシンクは、ネジ止め若しくは固定用の板バネなどを用いチップに大きな荷重が掛からないようにして装着される。
【００２１】
本発明で使用される発熱性電子部品とヒートシンクには全く制約はない。発熱性電
子部品としては、例えば家電用のスイッチング電源や駆動回路等のモジュール、画像処理やテレビ、オーディオなどに使用されるＡＳＩＣ等のチップ、パーソナルコンピュータのＣＰＵ等が使用される。また、ヒートシンクとしては、例えば筐体やアルミニウム製の構造材、アルミニウム板やアルミニウム製放熱フィン、更には金属又は合金製ヒートスプレッダー等の強制冷却ユニットの付いた放熱フィン、放熱器等が使用される。
【実施例】
【００２２】
実施例１〜８  比較例１〜１１
以下の材料を準備した。
（１）シリコーン樹脂：ＧＥ東芝シリコーン社製商品名「ＸＥ１４−Ｂ１０５７」
（２）シリコーンオイル：信越化学工業社製商品名「ＫＦ９６−１００ＣＳ」
（３）ＥＶＡ：三井・デュポンポリケミカル社製商品名「ＥＶ２１０」
（４）ポリブテン：出光石油化学社製商品名「出光ポリブテン１５Ｒ」
（５）粘着付与剤（水添石油樹脂）：エクソンモービル社製商品名「ＥＳＣＯＲＥＺ２５２０」
（６）窒化アルミニウム粉末：東洋アルミニウム社製商品名「Ｒ１５ＫＳ」、平均粒子径１５μｍ
（７）アルミナ粉末Ａ：電気化学工業製商品名「ＤＡＭ４５」、平均粒子径２０μｍ
（８）アルミナ粉末Ｂ：住友化学工業社製商品名「ＡＡ２」、平均粒子径２μｍ
（９）アルミナ粉末Ｃ：住友化学工業社製商品名「ＡＡ０５」、平均粒子径０．５μｍ
（１０）アルミニウム粉末：東洋アルミニウム社製商品名「ＡＣ２５００」、平均粒子径１５μｍ
【００２３】
上記材料を表１に示す割合で混合し、シリコーン層形成用混合物と、粘着性熱可塑性樹脂層形成用混合物を調合した。次いで、シリコーン層Ａ〜Ｄ形成用混合物をドクターブレード法により、厚み０．０３ｍｍのアルミニウム箔（日本製箔社製商品名「軟質アルミニウムＡ１Ｎ３０Ｈ−Ｏ」）の片面に厚みを変えて積層してから、温度１５０℃で加熱・架橋してシリコーン層とアルミニウム箔の２層体を製造した。シリコーン層Ｅ形成用混合物は、粘度が高いため、シート状にプレス成形した後、アルミニウム箔を張り合わせ、再度プレスして密着させ、温度１５０℃で加熱・架橋して２層体を製造した。得られた２層体のシリコーン層について、熱伝導率、ＪＩＳ硬度（Ｅ型）及び粘着力を測定した。それらの結果を表２に示す。
【００２４】
次に、粘着性熱可塑性樹脂層形成用混合物をＰＥＴ樹脂のセパレーター２枚の間に挟み、加熱・加圧してシート状乃至フィルム状の成形体を製造した。得られた成形体の熱伝導率、ＪＩＳ硬度（Ｅ型）及び粘着力を測定した。それらの結果を表３に示す。この成形体を上記で製造された２層体のシリコーン層を有しない反対側のアルミニウム箔面に貼着してからラミネートし、種々の放熱部材を製造し（図１参照）、熱伝導率等を測定した。それらの結果を表４に示す。
【００２５】
（１）熱伝導率：シリコーン層、又は熱可塑性樹脂層、又この両層をアルミニウム箔を介して積層した放熱部材について、厚み１ｍｍ、２５ｍｍ角（１辺が２０ｍｍ以上）の熱伝導率試験片を準備し、これを２０ｍｍ角の銅製ブロック２個に上下方向から挟み、上方のブロックに７ｋｇｆのおもりを断熱材を挟んでのせてセットした。片側の銅製ブロックはヒーターが内蔵しており、もう片側には冷却ユニットが装着している。ヒーターに２０Ｗの電力を３０分間印可したのち、２個の銅製ブロック間の熱流束（Ｗ）と熱伝導率試験片との接続部分上下の温度差（℃）算出し、熱抵抗（℃／Ｗ）を求めた。継いで、装着時のサンプル片の厚みと伝熱面積（２０ｍｍ角）より熱伝導率を算出した。
（２）ＪＩＳ硬度（Ｅ型）：シリコーン層又は熱可塑性樹脂層については厚み約１２ｍｍの硬度試験片を作製し、放熱部材については複数枚重ねて１２ｍｍ程度厚みとしたものを硬度試験片とした。ＪＩＳ  Ｋ６２５３「加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの硬さ試験方法」準拠法にて測定した。
（３）粘着力：シリコーン層又は熱可塑性樹脂層のそれぞれについて、２５ｍｍ幅の粘着力試験片を作製し、ＪＩＳ  Ｚ０２３７「粘着テープ・粘着シート試験方法」の９０°引剥し粘着力の測定方法に準拠して、アルミニウム板に対する粘着力を測定した。
（４）装着状態：表４に示す構造物について２０ｍｍ角の試験片を作製し、これを４０ｍｍ角のアルミニウム板のほぼ中央に装着した。試験片の装着は２０℃で０．１ＭＰａの荷重を１５秒間掛けて行った。荷重を掛ける面に粘着がある場合は、必要に応じセパレートフィルム（タカラインコーポレーション社製品名「ＢＹ−１３」）を被せて荷重を掛けた。比較例２〜４の単層構造の試験片は、表裏の区別がないのでそのまま装着し、それ以外についてはシリコーン層と反対側の層（ここでは熱可塑性樹脂層又はアルミニウム箔層）がアルミニウム板に接面するようにして装着した。試験片の装着されたアルミニウム板を、９００ｍｍの高さから自然落下させて、試験片の脱落を確認した。落下は、試験片の装着された面及び反対面、辺、角それぞれに３回の合計１２回行い、試験片が１回でも剥がれ落ちたものを不良とした。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
【表２】
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【００２８】
【表３】
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【００２９】
【表４】
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【００３０】
表２、表３、表４の対比から分かるように、シリコーン層単層では柔軟性はあるが粘着力が不足し、また粘着性熱可塑性樹脂層単層では粘着力はあるが柔軟性が不足する。これに対し、本発明の放熱部材（表４の実施例）は、シリコーン層及び粘着性熱可塑性樹脂層それぞれ単層では得られない特性を示すものであり、熱可塑性樹脂層の粘着力により、放熱フィンなどに確実に装着でき、シリコーン層の柔軟性により、形状追随性に優れた、ペーストとは異なる放熱部材とその製造方法が提供することが可能となる。
【００３１】
本発明の実施例１〜８で得られた放熱部材を、デジタル機器の電源回路を使って放熱試験したところ、ヒートシンクへの放熱部材の装着作業は容易であり、装着状態が安定しており剥離して落ちる心配は全くなかった。ヒートシンクをネジ止めしてから電源を入れると、回路上のチップの表面温度は放熱部材がない状態では６３℃であったのに対し、ヒートシンクと放熱部材の装着により４２℃であった。また、放熱部材はヒートシンクをネジ止めする際、発熱性電子部品が変形しない程度に荷重を吸収したのでそれを破損することは無く、デジタル機器は安定に作動した。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の放熱部材は、電源回路やデジタル機器の様々な発熱性電子部品の放熱部材として、ヒートシンクと発熱性電子部品との間に挟んで使用される。本発明の電子機器としては、スイッチング電源、デジタル家電と呼ばれるＤＶＤレコーダーや、デジタルテレビ、ビデオカメラ等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例で製造された電子機器の一例を示す説明図
【符号の説明】
【００３４】
１    ヒートシンク
２    放熱部材
２１  粘着性熱可塑性樹脂層
２２  アルミニウム箔
２３  シリコーン層
３    発熱性電子部品
【図１】
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