(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性セラミックス粉末及び／又は金属粉末１００体積部に対し有機物３５〜１５０体積部を含有してなる平均粒子径０．２〜１０ｍｍの粒状物からなり、９．８Ｎの荷重下、温度１００℃以下の加温によって形態変化するものであることを特徴とする電子機器の放熱部材形成用粒状材料。
【請求項２】
請求項１記載の粒状材料が形態変化し、放熱部材となって組み込まれている電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放熱部材形成用粒状材料及びその用途に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発熱性電子部品は高密度化により、放熱部材の熱特性向上への要求が益々高まっており、熱抵抗の低減化が鋭意検討されている。
【０００３】
熱抵抗は、放熱部材の厚みに正比例、熱伝導率に反比例し、また放熱部材と電子部品との間の熱接触抵抗の大きさに左右されることから、放熱部材の熱抵抗の低減には、高熱伝導性フィラーを高充填して放熱部材自身の熱伝導率を高めるとともに、電子部品等との接合面に微視的に追随して密着させることによって熱接触抵抗を低減させ、しかも放熱部材の厚みを極力薄くすることが理想的である。
【０００４】
そこで、シリコーンに高熱伝導性フィラーを充填した放熱シートや放熱スペーサーでは、熱抵抗を小さくするために、放熱部材の厚みを薄くしたり、柔軟性を付与して熱接触抵抗を低減することが行われているが、その反面、放熱部材の取り扱い性が悪化するので、このような方法で熱抵抗を低減させるには限界があった。
【０００５】
一方、グリース又は加温によって形態変化する熱塑性樹脂に高熱伝導性フィラーを充填したフェーズチェンジタイプの放熱部材では、装着時の密着性が高まるので熱抵抗の低減効果に優れている。しかし、グリースは塗布工程での作業性の悪さ、塗布厚みの不均一性、液状部分のしみ出し等の問題から敬遠される傾向にあり、また熱塑性樹脂は、装着時に加圧・加熱溶融が必要となるので、電子部品を損傷させる危険がある。
【０００６】
また、フェーズチェンジタイプの放熱部材は、加圧・加熱溶融により薄肉化することで熱抵抗を低減できるが、この場合においても、装着前の放熱部材自体の厚みを薄くしておく必要がある。フェーズチェンジタイプの放熱部材には、そののマトリクスをワックスやパラフィンとするものもあるが、シート状に成形すると非常に脆く、特に薄肉化させた場合には強度に問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、今日の課題は、放熱フイン等のヒートシンクや回路基板等の電子部品との接合面に微視的に追随して密着することができ、しかも取り扱い性の良好な放熱部材の開発である。本発明の目的は、この課題を解決することのできる放熱部材形成用粒状材料及びそれを用いて形成された放熱部材の組み込まれた電子機器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、熱伝導性セラミックス粉末及び／又は金属粉末１００体積部に対し有機物３５〜１５０体積部を含有してなる平均粒子径０．２〜１０ｍｍの粒状物からなり、９．８Ｎの荷重下、温度１００℃以下の加温によって形態変化するものであることを特徴とする電子機器の放熱部材形成用粒状材料である。また、本発明は、上記粒状材料が形態変化し、放熱部材となって組み込まれている電子機器である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、更に詳しく本発明について説明する。
【００１０】
本発明の放熱部材形成用粒状材料（以下、単に「粒状材料」という。）は、熱伝導性セラミックス粉末及び／又は金属粉末１００体積部あたり有機物３５〜１５０体積部を含有してなり、９．８Ｎの荷重下、温度１００℃以下の加温によって形態変化する点においては、従来のパラフィン等をマトリクスとするフェーズチェンジタイプの放熱部材と同じである。しかし、本発明の粒状材料は、それ自体が放熱部材ではなく放熱部材を形成するための材料であり、しかもその形状が粒状物である点で相違している。
【００１１】
本発明の粒状材料の形状は、球形に近い程好ましいが、円柱状等の不定形であっても良い。粒状材料の平均粒子径は、０．２ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。その理由を説明すると、本発明の粒状材料に含まれている有機物は、凝集しやすいため、平均粒子径０．２ｍｍ未満では形状保持性が悪化する。有機物の量を低減することによってこの欠点を解消することができるが、形態変化性が極端に乏しくなる。一方、平均粒子径が１０ｍｍを超えると、電子機器へ装着するには大きすぎ、電子機器へ装着し薄肉化させるにはかなりの荷重を必要とし、実質上、電子機器へ使用することは困難となる。
【００１２】
本発明の粒状材料は、その大きさや装着部の面積に応じ、１個ないし複数個用いられる。たとえば、電子機器の放熱面が２５ｍｍ角の場合、粒子径５ｍｍの粒状材料では１個、平均粒子径が２ｍｍの粒状材料では約２０個が最適な量となる。
【００１３】
本発明の粒状材料は、熱伝導性セラミックス粉末及び／又は金属粉末１００体積部に対し有機物３５〜１５０体積部を配合し、温度を例えば５０〜１００℃、好ましくは７５〜９０℃に高めて混練物を混合し、それを所定の大きさの孔（例えば直径１ｍｍ）を有する押出し成形機を用いてロッド状に成形した後、適当な長さ（例えば１．５ｍｍ）に裁断することによって製造することができる。この場合には、均一質量の円柱状粒状材料が製造される。
【００１４】
一方、比較的粒子径の小さい粒状材料は、例えば５０〜１００℃、好ましくは７５〜９０℃に加温された容器に熱伝導性セラミックス粉末及び／又は金属粉末を入れ、スリーワンモーターにて攪拌しながら加熱溶融した有機物を滴下し、造粒することによって製造することができる。
【００１５】
本発明において、熱伝導性セラミックス粉末及び／又は金属粉末１００体積部に対し、有機物が３５体積部未満では粒状材料の形態変化性が小さくなる。また、１５０体積部超であると、熱伝導性が低下し放熱部材の放熱特性が改善しない。好ましくは４０〜７５体積部である。
【００１６】
本発明の粒状材料には、白金錯体等の難燃剤、酸化鉄、有機顔料等の着色剤、シラン系、チタネート系、アルミネート系カップリング剤等の表面改質剤などをそれぞれ最大で上記熱伝導性セラミックス粉末及び／又は金属粉末と有機物との混練物１００体積部に対し、２体積部以下を共存させることができる。
【００１７】
熱伝導性セラミックス粉末又は金属粉末は、上記割合において、粒状材料の熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ以上になるものが用いられる。具体的には、熱伝導性セラミックス粉末については、平均粒子径が１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下のアルミナ、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素等が、また金属粉末としては、平均粒子径が１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下のアルミニウム、銅、銀、これらの金属を成分とする各種合金等が用いられる。これらの中でも、窒化アルミニウム焼結体の粉砕物が高絶縁性かつ高熱伝導性であるので特に好ましい。
【００１８】
一方、有機物としては、粒状材料が、９．８Ｎの荷重下、温度１００℃以下の加温によって形態変化を起こすようなものが使用される。それを例示すると、ノルマルパラフィン、イソパラフィン、シクロパラフィン、マイクロクロスタリンワックス、ペトロラクタム等の石油ワックス、動・植物ワックス、鉱物ワックス等の天然ワックス、フィッシャートロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成ワックス等があげられる。これらの中でも、融点が４０℃〜１００℃のワックス及び／又はパラフィンが好適である。ワックスやパラフィン単独では脆く保形性が問題となる場合には、少量の熱可塑性樹脂と併用される。
【００１９】
融点が４０℃未満のワックス及び／又はパラフィンでは、夏場などの高温期に粒状材料が液状化する恐れがある。また、融点が１００℃超であると、電子機器に組み込む際の形態変化性が劣り、電子部品との密着性が不十分となって、放熱特性を改善する効果が少なくなる。これを解消するため、温度を高めて組み込むと、電子機器を損傷させる恐れが生じる。
【００２０】
ワックスの種類としては、マイクロクロスタリンワックス、モンタン酸ワックス、モンタン酸エステルワックス等をあげることができる。パラフィンとしてはパラフィンワックスがあげられ、流動パラフィンに対して室温で固体のパラフィンを特にパラフィンワックスと称する。これらの具体例としては、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」等を例示することができる。また、これらのワックス及びパラフィンは単独でも２種類以上を混合してもよい。
【００２１】
ワックス及び／又はパラフィンと併用されることのある熱可塑性樹脂としては、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をあげることができる。これらの具体例としては、三井化学社製の「ハイワックス１１０Ｐ」、「ハイワックスＮＰ０５５」、「タフマーＰ−０１８０」、三井・デュポンポリケミカル社製「エバフレックス１５０」等を例示することができる。
【００２２】
上記熱可塑性樹脂は、ワックス又はパラフィンよりも比較的熱伝導率が高いので、放熱部材の放熱特性を向上させる一端を担う作用も期待できる。上記熱可塑性樹脂はワックス及び／又はパラフィン１００体積部に対して４０体積部以下で混合することができる。４０体積部超であると形態変化性が悪化する。これを解決するため、組み込み時の荷重を大きくすると、電子機器を損傷させる恐れが生じる。
【００２３】
本発明の粒状材料の形態変化の程度としては、以下で定義された形態変化率が２０％以上、特に４０％以上であることが好ましい。すなわち、粒状材料を上下ＰＥＴフィルムに挟み、表面温度を６０℃に調整したホットプレート上に置き、粒状材料に９．８Ｎの荷重を掛け、１分間保持する。その後、ＰＥＴフィルムに挟んだまま粒状材料を取りだし冷却後、ＰＥＴフィルムを剥がし、マイクロゲージにて厚みを測定し、粒状材料の厚み変化率を形態変化率とする。
【００２４】
電子機器は、半導体等から発生した熱を系外に逃がすため、半導体等の搭載された回路基板は、放熱部材を介してヒートシンクに取り付けられ組み立てられている。ヒートシンクを設ける余裕がない場合には、放熱部材を介し直接ケースに取り付けられる構造もある。本発明の粒状材料は、このような放熱部材の形成に用いられる。
【００２５】
本発明の電子機器は、電子機器を組み立てる際、放熱部材の必要な箇所に本発明の粒状材料を配置し、組み立て時の荷重下、例えば９．８Ｎ以上の荷重下、１００℃以下に加温して形態変化を起こさせ、狭い隙間にまで流延させ、放熱部材となって組み込まれている。
【００２６】
その放熱特性の一例を示すと、質量０．０３ｇの粒状材料（平均粒子径２．８ｍｍ、形態変化率４５％）1個を、電子機器の放熱を必要とする箇所に配置し、締め付け荷重９．８Ｎ、温度６０℃に加温すると、粒状材料は直径１０ｍｍ以上の円形シート状に形態変化し、その厚みが０．１ｍｍ程度の放熱部材となって組み込まれる。この放熱部材の熱抵抗は０．１７℃／Ｗであり、電子機器の放熱特性は市販の放熱グリースと同等以上となる。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例、比較例をあげて更に本発明を説明する。
【００２８】
実施例１
高熱伝導性セラミックス粉末として窒化アルミニウム焼結体を粉砕して得た平均粒子径２０μｍの窒化アルミニウム粉末１００体積部に対して、有機物としてパラフィンワックス（日本精鑞社製商品名「パラフィンワックス１１５」（融点４７℃））を５４体積部混合し、３本ロールを用いて８５℃で１０分間混練した。
【００２９】
この混練物を、約３ｍｍの幅の溝を持つ鉄板上に置き、手で溝に沿って転がし、球状の粒状材料を製造した。この粒状材料の直径は約２．８ｍｍであった。
【００３０】
実施例２
（ａ）実施例１で用いたのと同じ窒化アルミニウム粉末と、（ｂ）良熱伝導性粉末として平均粒子径０．４μｍのアルミナ粉末（住友化学社製商品名「ＡＡ０４」）とを、Ａ：Ｂ＝６０:４０の体積百分率で混合し、熱伝導性セラミックス粉末を調製した。この熱伝導性セラミックス粉末を窒化アルミニウム粉末の変わりに用いたこと以外は、実施例１と同様にして、球状の粒状材料を製造した。
【００３１】
実施例３  比較例１
実施例２と同じ混練物を用い、溝の幅が異なる鉄板を使用したこと以外は同様にして、実施例３では直径７．５ｍｍ、比較例１では直径１２ｍｍの球状の粒状材料を製造した。
【００３２】
実施例４、５  比較例２、３
原料の割合を種々変えたこと以外は、実施例２と同様にして球状の粒状材料を製造した。比較例３では、粒状物を製造することができなかった。
【００３３】
比較例４、５
形態変化をしないパラフィンワックス（日本精鑞社製商品名「ＬＵＶＡＸ-１１５１」（融点１０５℃））を用いたこと以外は、実施例２と同様にして球状の粒状材料を製造した。
【００３４】
実施例６
粒状材料の脆さを改善させるため、熱可塑性樹脂としてエチレンー酢酸ビニル共重合体（三井・デュポンケミカル社製商品名「エバフレックス１５０」）を表２に示す割合で更に配合したこと以外は、実施例１と同様にして球状の粒状材料を製造した。
【００３５】
実施例７〜９
窒化アルミニウム粉末の変わりに、球状アルミナ粉末、アルミニウム粉末又は銅粉末（いずれも市販品）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして球状の粒状材料を製造した。
【００３６】
上記で得られた粒状材料の（１）形態変化率及び（２）熱抵抗を測定した。それらの結果を表１、表２に示す。
【００３７】
（１）形態変化率：上記に従って測定した。
（２）熱抵抗：図１に示すように、粒状材料１のサンプルをヒーター内蔵の銅製ブロック２（伝熱面１ｃｍ角）と銅製冷却板３（８ｃｍ角）からなる熱抵抗測定機（図１参照）に挟みセットした。銅製ブロック側に９．８Ｎ（１ｋｇ）の荷重が掛かるように錘４をセットし、銅製冷却板側からホットプレートを使用し、銅製ブロック側の温度が６０℃になるまで加熱し、粒状材料を加熱圧縮した。なお、ヒーターから大気への断熱と錘を安定に保持させるため、銅製ブロックは、四フッ化エチレン樹脂製の保持ケース５で覆われている。ついで、熱抵抗測定機ごと室温まで冷却し、熱抵抗測定を行なった。熱抵抗測定は、ヒーターに１５Ｗの印加電力を４分間掛け、銅製ブロックと銅製冷却板の温度差を測定した。熱抵抗は下式により求めた。
【００３８】
熱抵抗（℃／Ｗ）＝温度差（℃）／印加電力（Ｗ）
【００３９】
【表１】
0004409118.tif 000002
【００４０】
【表２】
0004409118.tif 000003
【００４１】
表１及び表２から、本発明の粒状材料は、取り扱いが極めて容易であり、しかも装着時の荷重によって薄肉化し、密着性も良好であるため、優れた放熱特性を発現するものであることがわかる。また、脆さが問題となる場合は、熱可塑性樹脂の併用によって解決することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、取り扱いが良好で、しかも電子機器の接合面に微視的に追随して密着することができる粒状材料と、それの組み込まれた放熱特性の優れた電子機器が提供される。
【００４３】
すなわち、本発明の粒状材料を用いる効果を列挙すれば、以下のとおりである。
（１）粒状物であるので取り扱いが極めて容易である。また、計量しやすく、更には実装する部分の容積に合わせて量を最適化できる。
（２）従来のフェーズチェンジタイプの放熱部材と同等以上の放熱特性を保持したまま、脆さを改善することができる。
（３）電子機器に組み込む際に、回路基板やヒートシンク等の電子部品の凹凸を吸収し密着する。
（４）締め付けトルクによる電子機器の損傷を軽減できる。
（５）組み立て時に形態変化して薄肉化するので、熱抵抗を低減できるだけでなく、密着性が良好となり、電子部品間に発生する界面熱抵抗を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱抵抗測定機の説明図
【符号の説明】
１  粒状材料
２  銅製ブロック
３  銅製冷却板
４  錘
５  保持ケース
【図１】
0004409118.tif 000004