(57)【要約】【課題】グラファイト成形体を用いた熱伝導部材において、例えば発熱体から放熱体への熱伝達効率の向上を図ると共に、他部品や他部材等に及ぼす熱的悪影響を軽減する。【解決手段】熱伝導部材１は、吸熱部３から放熱部４に向けて熱を導く伝熱路５を有するグラファイト成形体（熱伝導体）２を具備する。グラファイト成形体からなる伝熱路５の周面の少なくとも一部は、その周囲への不要な熱放散を遮断するように、断熱層６で覆われている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラファイト成形体からなると共に、吸熱部と放熱部と前記吸熱部から放熱部に向けて熱を導く伝熱路とを有する熱伝導体と、
前記熱伝導体の前記伝熱路の周面の少なくとも一部を覆うように設けられた断熱層と
を具備することを特徴とする熱伝導部材。
【請求項２】
グラファイト成形体からなると共に、吸熱部と前記吸熱部に生じた熱を主として面方向に拡散させる伝熱路とを有する熱伝導体と、
前記熱伝導体の前記伝熱路の周面の少なくとも一部を覆うように設けられた断熱層と
を具備することを特徴とする熱伝導部材。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の熱伝導部材において、
前記断熱層は前記伝熱路の周囲への熱放散を遮断するように設けられていることを特徴とする熱伝導部材。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の熱伝導部材において、
前記断熱層は前記伝熱路の主たる周面を覆うように設けられていることを特徴とする熱伝導部材。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の熱伝導部材において、
前記グラファイト成形体は前記伝熱路の伝熱方向に対して100W/m・K以上の熱伝導率を有することを特徴とする熱伝導部材。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の熱伝導部材において、
前記断熱層は8W/m・K未満の熱伝導率を有することを特徴とする熱伝導部材。
【請求項７】
発熱体と、前記発熱体に伝熱媒体を介して熱が伝わるように結合され、前記発熱体に生じた熱を放散する放熱体とを具備する放熱用構造体であって、
前記伝熱媒体は請求項１記載の熱伝導部材からなることを特徴とする放熱用構造体。
【請求項８】
発熱体と、前記発熱体に熱が伝わるように結合された伝熱媒体とを具備する放熱用構造体であって、
前記伝熱媒体は請求項２記載の熱伝導部材からなることを特徴とする放熱用構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子等の各種電子部品の冷却等に使用される熱伝導部材とそれを用いた放熱用構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノート型パソコン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、携帯電話、デジタルカメラ等に代表される電子機器は、各種機能や処理能力等が急速に向上している。それに伴って、ＣＰＵ等として用いられる半導体素子を始めとする電子部品からの発熱量は増加する傾向にある。このため、半導体素子等の動作特性や信頼性等を保つ上で、効率的な冷却システム（放熱システム）が求められている。また、プロジェクタ等の光源を有する装置においても、効率的な冷却システムが求められている。
【０００３】
半導体素子等の高発熱型部品を内蔵する電子機器においては、従来から種々の冷却システム（放熱システム）が使用されており、その代表例としては高発熱型部品自体に冷却ファン、冷却フィン、ペルチェ素子（冷却素子）等を装着して冷却する方法、電子機器本体に放熱用のファンを取り付けて機器本体内部の熱を外部に排気する方法等が挙げられる。しかし、携帯型の電子機器等においては機器本体の小型化等に伴って、半導体素子等の発熱部品に冷却ファンや冷却フィン等を取り付けるスペースを確保することが困難になっている。一方、電子機器本体の内部の熱を単に排気するだけでは、半導体素子等を効率よく冷却することができない。
【０００４】
そこで、電子機器の内部に設置された半導体素子等の発熱体と、電子機器の筐体外壁に取り付けられ放熱用のファンやフィン等の放熱装置とを、ヒートパイプのような熱伝導体で熱的に結合することによって、放熱システムの省スペース化を図った上で、半導体素子等の冷却効率を高めることが検討されており、一部で実用化が進められている（例えば特許文献１，２等参照）。また、発熱体と放熱装置との間を熱的に結合する熱伝導体に、グラファイトシート（特許文献２，３等参照）を使用することも検討されている。
【０００５】
ところで、上述した発熱体と放熱装置との間を結合する熱伝導体のうち、ヒートパイプは熱の伝達効率に優れる反面、その小型化に限度があることから、携帯型電子機器等に内蔵する際の設置スペースの点で難点を有している。また、一般的な銅やアルミニウム等の熱伝導体は三次元方向に対して均一な熱伝導性を有することから、面方向への熱伝達効率を十分に高めることができない。一方、グラファイトシートは銅やアルミニウム等の金属部材より熱伝導率、特に面方向への熱伝達効率に優れ、かつ軽量でフレキシブル性等の特性を有することから、小型・省スペース化が進められている携帯型電子機器等に内蔵された発熱体から放熱装置まで熱を導く熱伝導体として期待されている。
【０００６】
しかしながら、単にグラファイトシートを熱伝導体として使用した場合には、発熱体の熱を放熱装置まで導く間にグラファイトシートの周囲に熱が放散され、熱伝達効率が低下すると共に、伝熱経路の周囲に存在する他の部品や部材等に悪影響を及ぼすおそれがある。特に、グラファイトシートの発熱体との反対面側にヒートスポットが生じるおそれがあり、これが他の部品や部材等に悪影響を及ぼすおそれが大きい。グラファイトシートによる熱伝達効率の低下は、ＣＰＵ等の発熱体の冷却効率を低下させることになる。また、携帯型電子機器等では各種部品が高密度に実装されており、熱に弱い部品や部材等も存在することから、グラファイトシートの周囲への熱放散を抑制することが求められている。
【特許文献１】特開平8-204373号公報
【特許文献２】特開2000-82888号公報
【特許文献３】特開2003-188323号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、グラファイトシートは特に面方向への熱伝導性に優れると共に、軽量でフレキシブル性等に優れることから、小型・省スペース化が進められている携帯型電子機器等に使用される熱伝導体として期待されているものの、発熱体の熱を放熱装置等まで導く間にグラファイトシートの周囲に熱が放散されることに起因して、熱伝達効率ひいては発熱体の冷却効率の低下や伝熱経路の周囲に存在する他の部品や部材等への熱的悪影響を招くことが課題とされている。
【０００８】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、例えば発熱体に生じた熱の伝達効率の向上を図ると共に、他の部品や部材等に及ぼす熱的悪影響を軽減することを可能にした熱伝導部材、およびそのような熱伝導部材を使用することで、効率的でかつ小型・薄型化された各種電子機器に対応させた放熱システムを構築することを可能にした放熱用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】
【０００９】
本発明における第１の熱伝導部材は、グラファイト成形体からなると共に、吸熱部と放熱部と前記吸熱部から放熱部に向けて熱を導く伝熱路とを有する熱伝導体と、前記熱伝導体の前記伝熱路の周面の少なくとも一部を覆うように設けられた断熱層とを具備することを特徴としている。また、第２の熱伝導部材は、グラファイト成形体からなると共に、吸熱部と前記吸熱部に生じた熱を主として面方向に拡散させる伝熱路とを有する熱伝導体と、前記熱伝導体の前記伝熱路の周面の少なくとも一部を覆うように設けられた断熱層とを具備することを特徴としている。
【００１０】
本発明における第１の放熱用構造体は、発熱体と、前記発熱体に伝熱媒体を介して熱が伝わるように結合され、前記発熱体に生じた熱を放散する放熱体とを具備する放熱用構造体であって、前記伝熱媒体は上記した本発明の第１の熱伝導部材からなることを特徴としている。また、第２の放熱用構造体は、発熱体と、前記発熱体に熱が伝わるように結合された伝熱媒体とを具備する放熱用構造体であって、前記伝熱媒体は上記した本発明の第２の熱伝導部材からなることを特徴としている。
【００１１】
本発明の熱伝導部材においては、グラファイト成形体からなる熱伝導体の伝熱路の周面の少なくとも一部を覆うように断熱層を設けているため、伝熱路からの不要な熱放散が抑制される。従って、グラファイト成形体からなる熱伝導体の熱伝達効率を高めることができると共に、伝熱路の周囲に存在する他の部品や部材、すなわち熱に弱い部品や部材等への熱的悪影響を軽減することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の熱伝導部材によれば、例えば発熱体の熱を効率より伝えることができると共に、伝熱経路の周囲に存在する他の部品や部材等への熱的悪影響を低減することが可能となる。このような熱伝導部材を用いた放熱用構造体によれば、発熱体で生じた熱の放熱効率（冷却効率）を高め、かつ他の部品や部材等への熱的悪影響を低減することで小型・薄型化された電子機器等に対応させた放熱システムを構築することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は本発明の第１の実施形態による熱伝導部材の概略構成を示す断面図である。同図に示す熱伝導部材１は、グラファイト成形体からなる熱伝導体２を有している。このグラファイト成形体からなる熱伝導体２は、例えば長手方向の両端部に吸熱部３および放熱部４が設けられている。すなわち、熱伝導体２の一方の端部は吸熱部（吸熱側端部）３とされており、他方の端部は放熱部（放熱側端部）４とされている。
【００１５】
吸熱部３と放熱部４との間は、グラファイト成形体からなる伝熱路５とされている。すなわち、熱伝導体２は吸熱部３から放熱部４に向けて主として面方向に熱を導く伝熱路５、すなわちグラファイト成形体からなる伝熱路５を有している。このような熱伝導体２の伝熱路５の周囲には断熱層６が設けられており、これら熱伝導体２と断熱層６とで熱伝導部材１が構成されている。断熱層６は伝熱路５の周面の少なくとも一部を覆うように設けられており、このような断熱層６で伝熱路５の周囲への不要な熱放散を抑制している。
【００１６】
なお、図１では吸熱部３と放熱部４を熱伝導体２の両端部に設けた例について説明したが、例えば図２に示すように熱伝導体２の両端部近傍に面状の吸熱部３と放熱部４を設けるようにしてもよい。また、図１や図２に示す熱伝導体２は、吸熱部３から放熱部４に向けて一方向に熱を導くものであるが、例えば図３に示すように、吸熱部３から複数の放熱部４に向けて多方向に熱を導くようにすることもできる。図３に示す熱伝導体２は、伝熱路５の長手方向の中央付近に設けられた吸熱部３を有し、このような吸熱部３から伝熱路５の両端部付近に設けられた放熱部４、４に対して、二方向に熱を導くように構成したものである。吸熱部３および放熱部４はさらに多数箇所に形成することも可能である。
【００１７】
熱伝導体２を構成するグラファイト成形体は、黒鉛結晶（グラファイト結晶）がその面方向を揃えて積層された層状構造を有するものである。このようなグラファイト成形体において、層状黒鉛結晶の面内方向（六方晶系のｃ面方向）の結合は強固である反面、層状黒鉛結晶の層間の結合は分子間力によるために結合力が弱い。従って、グラファイト成形体は熱伝導性に異方性を有し、層状黒鉛結晶の面内方向（層方向）への熱伝導性に優れるものである。グラファイト成形体は、例えば面内方向（層方向）に対する熱伝導率が100W/m・K以上、さらには200W/m・K以上というような高熱伝導性を有している。
【００１８】
上述した熱伝導体２の伝熱路５は、その伝熱方向とグラファイト成形体の異方性高熱伝導方向（高熱伝導性を示す方向）とが一致するように構成されている。このような伝熱路５を有する熱伝導体２は、例えばフレーク状グラファイトを圧延ロールやプレス成形機等で加圧成形することによって得ることができる。フレーク状グラファイトはその形状異方性に基づいて、加圧方向に対して直交する方向に層方向（黒鉛結晶の面内方向）が揃いやすいため、例えばシート状や厚板状等のグラファイト成形体を加圧成形することによって、その面方向を高熱伝導方向としたグラファイト成形体を容易に得ることができる。
【００１９】
なお、グラファイト成形体の作製方法は、上記した加圧成形に限られるものではない。伝熱方向の熱伝導性を高めたグラファイト成形体は、例えばフレーク状グラファイトやグラファイト粉末等を所定形状に押出成形したり、また無定形炭素を加熱しつつ加圧成形もしくは押出成形することによっても得ることができる。さらには、例えば芳香族ポリイミドフィルムのような高分子フィルムを不活性ガス雰囲気中にて数1000℃の温度で熱処理することによっても、面方向の熱伝導性を高めたシート状のグラファイト成形体等を得ることができる。
【００２０】
熱伝導体２（伝熱路５）を構成するグラファイト成形体の形状は、特に限定されるものではなく、熱伝導部材１の用途や設置箇所、伝熱経路等に応じて適宜に設定することができる。ただし、伝熱路５による熱伝達方向に直交する方向の厚さ、すなわちシート状や厚板状等のグラファイト成形体の面方向に熱を伝える場合の厚さは、例えば0.03〜20mmの範囲とすることが好ましい。シート状や厚板状のグラファイト成形体の厚さが0.03mm未満であると、伝熱路５による有効な伝熱性が低下するおそれがある。ただし、グラファイト成形体の厚さを厚くしすぎると、シートや厚板等の面方向への熱伝達効率が熱抵抗により低下するため、グラファイト成形体の厚さは20mm以下とすることが好ましい。
【００２１】
上述したようなグラファイト成形体からなる熱伝導体２には、その伝熱路５の周面の少なくとも一部を覆うように断熱層６が設けられている。断熱層６は伝熱路５からの不要な熱放散を抑制するものであり、このような特性を得る上で熱伝導率が8W/m・K未満の低熱伝導性を有することが好ましい。断熱層６を構成する材料が8W/m・K以上の熱伝導率を有する場合には、伝熱路５からの不要な熱放散を効率よく抑制することができない。言い換えると、熱伝導率が8W/m・K未満の断熱材料からなる断熱層６を適用することによって、熱伝導部材１の厚さをあまり厚くすることなく、伝熱路５からの不要な熱放散を効率よく抑制することが可能となる。断熱層６の熱伝導率は1W/m・K以下であることがより好ましい。
【００２２】
断熱層６の構成材料には、上記したような低熱伝導性を有するものであれば種々の材料が適用可能であり、例えばシート状やフィルム状の高分子材料が用いられる。断熱層６に適用可能な高分子材料としては、例えばウレタン樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂材料やネオプレンゴム、天然ゴム等のゴム材料が挙げられる。ポリウレタンフォームやポリスチレンフォーム等の発泡樹脂は、特に断熱性に優れることから好適である。また、断熱層６はガラスやガラス繊維、さらにジルコニアに代表される低熱伝導性セラミックス材料等の無機材料で構成することも可能である。
【００２３】
シート状やフィルム状の高分子材料を断熱層６に適用する場合には、これらを熱伝導体２に接着剤等を用いて貼り付けることによって、伝熱路５の所望の外周面に断熱層６を形成することができる。また、硬化性の液状樹脂組成物や液状ゴム組成物を伝熱路５の外周面に塗布し、この塗布層を例えば加熱硬化させて断熱層６を形成するようにしてもよい。ガラスやセラミックス等の無機材料を用いる場合には、例えばアルコキシド溶液のような液状組成物の塗布・焼成法、あるいはシート材同士の接着法等を適用することで、伝熱路５の外周面に断熱層６を形成することができる。
【００２４】
上記した高分子材料（樹脂やゴム）や無機材料（ガラスやセラミックス）からなる断熱層６は、グラファイト成形体からなる熱伝導体２の絶縁層や機械的強度の補強層等としても機能する。また、断熱層６の厚さは、それを構成する材料の熱伝導率や熱の遮断度合い等に応じて適宜に設定することができるが、実用的には0.5〜4mmの範囲とすることが好ましい。断熱層６の厚さが0.5mm未満であると、伝熱路５からの不要な熱放散を効率よく抑制することができないおそれがある。一方、断熱層６を4mmを超えて厚くしても、それ以上の熱放散抑制効果が得られないだけでなく、熱伝導部材１の体積を増加させることで設置スペースの増加等を招くことになる。
【００２５】
上述したような断熱層６は、不要な熱放散をより確実に抑制する点からは図４に示すように伝熱路５の全周面に形成することが好ましい。ただし、例えば図５に示すように、伝熱路５による伝熱面（伝熱路５の伝熱方向に対して直交する方向の断面）を考えた場合、伝熱面積の幅ｗに対する厚さｔの比（ｔ／ｗ）が十分に小さければ、幅ｗに沿った周面（上下面）５ａからの放熱量に対して厚さｔに沿った周面（両側面）５ｂからの放熱量を実質的に無視することができる。このような場合には、伝熱路５の主たる周面５ａとなる上下両主面のみを覆うように断熱層６を設けることによっても、伝熱路５からの不要な熱放散を十分に抑制することができる。
【００２６】
また、例えば図６に示すように、伝熱路５の特定の周面のみを覆うように断熱層６を設けるようにしてもよい。図４や図５は伝熱路５の全周囲方向への熱放散を抑制する構成を示しているのに対して、図６は伝熱路５の特定の周面からの熱放散を抑制する構成を示すものである。例えば、熱に弱い他の部品や部材等が伝熱路５の特定の周面に沿って配置されている場合には、伝熱路５から他部品や他部材等への熱放散を遮断するように、伝熱路５の特定の周面に断熱層６を形成してもよい。
【００２７】
上述した実施形態の熱伝導部材１は、高熱伝導性に加えて軽量でかつ構成が簡易なグラファイト成形体からなる熱伝導体２を用いているため、小型・薄型化等に伴って内部スペースが制限されている電子機器等において、例えば発熱体から放熱体への伝熱媒体として有効に利用することができる。その上で、伝熱路５の周面を覆うように断熱層６を設け、伝熱路５からの不要な熱放散を抑制しているため、伝熱路５による吸熱部３から放熱部４への熱伝達効率をより一層高めることができる。
【００２８】
さらに、グラファイト成形体からなる伝熱路５の周面に設けられた断熱層６は、伝熱路５の周囲への不要な熱拡散を抑制するため、例えば伝熱路５の周囲に熱に弱い他部品や他部材等を配置せざるを得ない場合においても、それら他部品や他部材への熱的悪影響を大幅に軽減することができる。例えば、携帯型電子機器等では各種部品や部材が高密度に実装されているため、熱伝導部材１の周囲への熱的悪影響を軽減することで、電子機器のより一層の高密度実装や小型・薄型化等を実現することが可能となる。
【００２９】
次に、本発明の熱伝導部材の第２の実施形態について、図７〜図９を参照して説明する。図７〜図９は本発明の第２の実施形態による熱伝導部材の概略構成を示す図であって、図７はその断面図、図８は上面図、図９は下面図である。これらの図に示す熱伝導部材１１は、上述した第１の実施形態と同様に、グラファイト成形体からなる熱伝導体１２を有している。グラファイト成形体からなる熱伝導体１２は、その中央付近に発熱体が設置される吸熱部１３を有しており、さらに吸熱部１３に生じた熱を主として面方向に拡散される伝熱路を構成している。すなわち、吸熱部１３に生じた熱は、グラファイト成形体からなる熱伝導体１２により面方向に拡散され、さらにその周囲に放散される。
【００３０】
この実施形態の熱伝導部材１１は、伝熱路を構成する熱伝導体１２の周面を放熱面として利用するものである。このようなグラファイト成形体からなる熱伝導体１２の利用形態において、熱伝導体１２の吸熱部１３とは反対側の面付近の温度が特に上昇しやすいことから、その部分に断熱層１４が設けられている。すなわち、断熱層１４は伝熱路を構成する熱伝導体１２の吸熱部１３とは反対側の周面の一部（吸熱部１３の対面を少なくとも含む面）を覆うように設けられている。このような断熱層６によって、吸熱部１３の裏面側にヒートスポットが生じることを防いでいる。
【００３１】
なお、グラファイト成形体からなる熱伝導体１２や断熱層１４の構成材料、形状等は、前述した第１の実施形態と同様とすることが好ましい。また、熱伝導体１２の周囲に熱に弱い部品や部材が存在する場合には、そのような部分にも断熱層１４を設けることができる。さらに、吸熱部１３に生じた熱はグラファイト成形体からなる熱伝導体１２の周囲に放散されるため、例えば熱伝導体１２の下面側等に銅やアルミニウム等の等方的な熱伝導性を有する部材を放熱体として設置してもよい。
【００３２】
上述した実施形態の熱伝導部材１１は、特に面方向への熱伝導性に優れ、かつ軽量で構成が簡易なグラファイト成形体からなる熱伝導体１２を用いているため、例えば発熱体に生じた熱をその周囲に効率よく放散することができる。このような場合において、熱伝導体１２の吸熱部１３とは反対側の面付近の温度が特に上昇しやく、ヒートスポットを生じるおそれがあるが、上述した実施形態では熱伝導体１２の吸熱部１３とは反対側の周面の一部を覆うように断熱層１４を配置しているため、ヒートスポットの形成を防ぐことができる。これによって、熱伝導体１２の周囲に配置される熱に弱い他部品や他部材等への熱的悪影響を軽減することができるため、電子機器のより一層の高密度実装や小型・薄型化等を実現することが可能となる。
【００３３】
次に、本発明の放熱用構造体の第１の実施形態について、図１０を参照して説明する。図１０は本発明の第１の実施形態による放熱用構造体の概略構成を示す図である。同図に示す放熱用構造体は、発熱体としての半導体素子２１と放熱体としての放熱フィン２２とを、伝熱媒体として機能する熱伝導部材１で結合したものである。伝熱媒体として機能する熱伝導部材１の具体的な構成は、前述した第１の実施形態で詳述した通りである。
【００３４】
なお、図１０は放熱体として放熱フィン２２を用いた構造体を示したが、放熱体には放熱ファンや放熱プレート等の各種公知の放熱装置や放熱部材を適用することができる。また、発熱体に関しても半導体素子２１に限られるものではなく、冷却を必要とする各種の電子部品等を対象とすることが可能である。また、ペルチェ素子を適用する場合において、ペルチェ素子の発熱側で生じた熱を、熱伝導部材１を介して放熱ファン、放熱フィン、放熱プレート等の放熱体まで導くというような形態を適用することもできる。
【００３５】
上述した熱伝導部材１は、その一端部側に設けられた吸熱部３が半導体素子２１に対して熱的に結合されていると共に、他端部側に設けられた放熱部４が放熱フィン２２に対して熱的に結合されており、半導体素子２１から放熱フィン２２への熱伝導を可能にするものである。すなわち、半導体素子２１で生じた熱は、熱伝導部材１を介して放熱フィン２２に導かれた後、放熱フィン２２から例えば大気中に放散される。吸熱部３と半導体素子２１および放熱部４と放熱フィン２２との結合部は、例えばシリコーングリースに熱伝導粒子等を配合した熱伝導性グリース２３等を介在させることによって、熱伝達特性を高めることができる。
【００３６】
このような放熱用構造体は、前述した熱伝導部材１の高熱伝導性に基づいて、発熱体である半導体素子２１で生じた熱を放熱フィン２２に効率よく伝えて放熱することができるため、半導体素子２１の冷却効率を高めることが可能となる。その上で、熱伝導部材１による伝熱経路の周囲に他の部品や他の部材等が配置されていても、それらに熱的悪影響を及ぼすことがないため、放熱用構造体を適用した電子機器等の設計が容易になる。言い換えると、放熱用構造体を適用した電子機器のより一層の高密度実装化や小型・薄型化等を実現することが可能となる。
【００３７】
上述したように、この実施形態の放熱用構造体によれば、小型・省スペースでかつ高効率化を実現した半導体素子２１等の放熱システム（冷却システム）を構成することができる。このような放熱システム（冷却システム）は、特に小型・薄型化に伴って内部スペースの削減が進められている携帯型電子機器に有効である。なお、図１０では熱伝導部材１と別体の放熱体（フィン）２２を用いた例を示したが、例えば図１１に示すように、グラファイト成形体２の放熱部４に直接フィン構造を形成し、熱伝導部材１と放熱体とを一体成形することもできる。このような構造体はさらなる省スペース化等に寄与する。
【００３８】
次に、本発明の放熱用構造体の第２の実施形態について、図１２を参照して説明する。図１２は本発明の第２の実施形態による放熱用構造体の概略構成を示す図である。同図に示す放熱用構造体は、発熱体としての半導体素子２１を熱伝導部材１１の吸熱部１３に設置したものである。なお、伝熱媒体として機能する熱伝導部材１１の具体的な構成は、前述した第２の実施形態で詳述した通りである。熱伝導部材１１は吸熱部１３が半導体素子２１に対して熱的に結合されており、半導体素子２１で生じた熱は熱伝導体１２を介して放散される。
【００３９】
このような放熱用構造体は、前述した熱伝導部材１１の高熱伝導性に基づいて、発熱体である半導体素子２１で生じた熱を熱伝導体１２から効率よく放熱することができるため、半導体素子２１の冷却効率を高めることが可能となる。その上で、熱伝導部材１１の周囲、特に半導体素子２１の裏側に他の部品や他の部材等が配置されていても、それらに及ぼす熱的悪影響を低減することができる。従って、放熱用構造体を適用した電子機器のより一層の高密度実装化や小型・薄型化等を実現することが可能となる。すなわち、この実施形態の放熱用構造体によれば、小型・省スペースでかつ高効率化を実現した半導体素子２１等の放熱システム（冷却システム）を構成することができる。
【実施例】
【００４０】
実施例１、比較例１〜３
まず、面（横）方向の熱伝導率が230W/m・K、面直（縦）方向の熱伝導率が10W/m・Kのグラファイトシートを用いて、図１３および図１４に示す熱伝導部材および放熱用構造体を作製した。グラファイトシート３１の両主面は、その両端部近傍を除いて、0.04W/m・Kの熱伝導率を有する厚さ2mmの断熱層３２で被覆した。そして、グラファイトシート３１の一方の端部側にヒータ（18W）３３を配置し、ヒータ３３の裏側（Ａ点）、断熱層３２の上部（Ｂ点）、グラファイトシート３１の他方の端部（Ｃ点、Ｄ点）の温度を、ヒータ３３に通電してから0.5分後、2分後、3分後、4分後、5分後、6分後のそれぞれについて測定した。なお、図１４において、距離ａは100mm、距離ｂは30mm、距離ｃは40mm、距離ｄは150mm、距離ｅは200mm、距離ｆおよび距離ｇは40mm、距離ｈは120mmとした。
【００４１】
また、本発明との比較として、グラファイトシートの両主面に断熱層を配置しない以外は同一構成の熱伝導部材（比較例１）、グラファイトシートに代えてＡｌ板（熱伝導率＝220W/m・K）を使用し、その両主面に同様な断熱層を配置した熱伝導部材（比較例２）、グラファイトシートに代えてＡｌ板のみを使用した熱伝導部材（比較例３）をそれぞれ用いて、上記した実施例１と同様にして、ヒータ通電後の各部（実施例１と同一箇所：Ａ〜Ｄ点）の温度を測定した。これらの測定結果を表１に示す。なお、温度測定は対流の影響がないように、密閉された空間（温度20℃，湿度45％）内で測定した。
【００４２】
【表１】
2005150249.tif 000003
【００４３】
表１から明らかなように、実施例１による熱伝導部材（グラファイトシート＋断熱層）は、断熱層を設けていない比較例１（グラファイトシート）に比べて、伝熱路周囲（Ｂ点）の温度上昇が抑えられており、かつ放熱部（Ｃ，Ｄ点）に効率よく熱が伝わっている（温度上昇が大きい）ことが分かる。また、実施例１による熱伝導部材は、Ａｌ板を用いた比較例２（Ａｌ板＋断熱層）に比べて、放熱部（Ｃ，Ｄ点）の温度が速やかに上昇しており、面方向に対する熱伝導性に優れることが分かる。
【００４４】
実施例２、比較例４〜５
実施例１と同様な特性を有するグラファイトシートを用いて、図１５〜図１７に示す熱伝導部材および放熱用構造体を作製した。まず、グラファイトシート４１の上面側にヒータ（10W）４２を配置し、その反対側に厚さ1mmのポリウレタンフォーム製断熱層４３を配置した。さらに、グラファイトシート４１の下面側にＡｌ板４４を積層した。断熱層４３はグラファイトシート４１とＡｌ板４４との間に介在されている。そして、Ａｌ板４４の裏面側におけるヒータ４２の下部位置（Ａ点）およびヒータ４２から50mm離れた位置（Ｂ点／Ａ−Ｂ点間距離＝55mm）の温度を、ヒータ４２に通電を開始した時点（初期値）、ヒータ４２に通電してから1分後、3分後、5分後、10分後、15分後のそれぞれについて測定した。
【００４５】
また、本発明との比較として、図１８に示すように、Ａｌ板４４上に熱伝導率が1.5W/m・K、厚さが1mmのサーマルシート４５を介してヒータ４２を配置したもの（比較例４）、また図１９に示すように、断熱層を介在させない以外は実施例２と同様に構成したもの（比較例５）をそれぞれ用いて、上記した実施例２と同様にして、ヒータ通電後の各部（実施例２と同一箇所：Ａ〜Ｂ点）の温度を測定した。これらの測定結果を表２に示す。なお、温度測定は対流の影響がないように、密閉された空間（平均温度23.7℃）内で測定した。
【００４６】
【表２】
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【００４７】
表２から明らかなように、実施例２による熱伝導部材（グラファイトシート＋断熱層＋Ａｌ板）は、Ａｌ板しか用いていない比較例４および断熱層を介在させていない比較例５に比べて、ヒータ下部位置（Ａ点）の温度上昇が抑えられており、また面方向への熱伝導性に関して比較例４に比べて優れていることが分かる。すなわち、実施例２によるＢ点の温度は、面方向への熱伝導性に優れるグラファイトシートの熱拡散効果温度になるため、Ａｌ板しか用いていない比較例４に比べて温度が高くなっている。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施形態による熱伝導部材の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す熱伝導部材の一変形例を示す断面図である。
【図３】図１に示す熱伝導部材の他の変形例を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による熱伝導部材の一構造例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による熱伝導部材の他の構造例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による熱伝導部材のさらに他の構造例を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による熱伝導部材の概略構成を示す断面図である。
【図８】図７に示す熱伝導部材の上面図である。
【図９】図７に示す熱伝導部材の下面図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態による放熱用構造体の概略構成を示す断面図である。
【図１１】図１０に示す放熱用構造体の一変形例を示す断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態による放熱用構造体の概略構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施例１による熱伝導部材および放熱用構造体の構成を示す断面図である。
【図１４】図１３に示す熱伝導部材および放熱用構造体の上面図である。
【図１５】本発明の実施例２による熱伝導部材および放熱用構造体の構成を示す上面図である。
【図１６】図１５に示す熱伝導部材および放熱用構造体の断面図である。
【図１７】図１５に示す熱伝導部材および放熱用構造体の下面図である。
【図１８】比較例４の熱伝導部材および放熱用構造体の構成を示す上面図である。
【図１９】比較例５の熱伝導部材および放熱用構造体の構成を示す上面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１，１１…熱伝導部材、２，１２…熱伝導体、３，１３…吸熱部、４…放熱部、５…伝熱路、６，１４…断熱層、２１…発熱体としての半導体素子、２２…放熱体としての放熱フィン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005150249.tif 000007
【図４】
2005150249.tif 000008
【図５】
2005150249.tif 000009
【図６】
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【図７】
2005150249.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005150249.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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