(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱材料として結晶配向パラメーターが０．０５以下の高配向ポリベンズビスオキサゾール繊維又は高配向ポリエチレン繊維が引き揃えられた繊維集合体を用いたことを特徴とする伝熱部材。
【請求項２】
前記高配向ポリベンズビスオキサゾール繊維又は高配向ポリエチレン繊維の常温における繊維軸方向の熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１に記載の伝熱部材。
【請求項３】
前記高配向ポリベンズビスオキサゾール繊維又は高配向ポリエチレン繊維の常温における繊維軸方向の熱伝導率が断面方向の熱伝導率の２０倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の伝熱部材。
【請求項４】
前記高配向ポリベンズビスオキサゾール繊維又は高配向ポリエチレン繊維が、引張強度が３０ｇ／ｄ以上の高強度繊維であることを特徴とする請求項１に記載の伝熱部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伝熱部材に関し、さらに詳しくは、例えばトランジスタ、コンデンサ、ＬＳＩパッケージ等の電子・電気部品で発生する熱の放出に用いられる伝熱部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体は、パーソナルコンピューター、携帯電話等の電子機器の携帯性の向上、高機能化の要求により小型軽量化、高速化が余儀なくされている。このような小型化、高速化に伴い、半導体発熱に対する冷却構造の小型化、高効率化、さらには軽量化の要求が高まっている。従来より半導体より発生する熱は問題となっており、銅やアルミニウム等の高熱伝導体を直接基板回路や半導体パッケージ上でヒートシンクとして、あるいはさらに冷却ファンを組み合わせて冷却構造として使用してきた。最近では軽量性、高効率性の要求を満たすべく特開平６−２１６２８５号公報では金属織布からなる放熱シートが、また特開平１０−５６１１４号公報では炭素質シートからなる半導体装置が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来より用いられている金属高熱伝導体を用いた冷却構造は最近増加しているノート型コンピューター用の冷却方法としては、重量、大きさが問題となり使用できるものではない。また、金属織布からなる放熱シートでは、熱伝導性を維持するため金属極細線あるいは表面を金属化処理した化学繊維などが用いられているが、短絡の可能性から絶縁性部位が必要である。また、熱の伝達のみを目的にしており放熱フィンなどの冷却手段が必要であり、軽量化が十分でないという欠点を有する。さらに炭素質シートからなる冷却構造では、このシートは半導体から従来型の冷却手段へ熱を効率よく伝達するためだけに用いられており、ヒートシンクなどの冷却部品を組み合わせる必要がある。さらに、炭素質シートは導電性を持つため絶縁層が必要となり、軽量化の目的を十分達成できているとは言えない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、伝熱材料に結晶配向パラメーターが０．０５以下の高配向有機繊維を用いて半導体素子などから発生する熱を装置外部へ移動させる伝熱部材である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明における高配向有機繊維の結晶配向パラメーターは、０．０５以下であり、０に近づく程よい。実用的な面で、好ましくは０．０４〜０．０００５、より好ましくは０．０２〜０．００１である。なお、結晶配向パラメーター＜ｓｉｎ2 φ＞は以下の方法により算出したものである。
（株）リガク製回転対陰極型Ｘ線発生装置ＲＵ−２００をＸ線の発生源として用い、出力は管電圧４０ｋＶ，管電流１００ｍＡにて運転した。対陰極には銅を使用し、ニッケルフィルターを用いて単色化したＣｕＫα線を（株）リガク製３スリット系小角Ｘ線散乱装置を用いて取り出した。このとき、第１スリットのピンホール直径は０．２ｍｍ、第２スリットピンホール直径は０．１５ｍｍであった。取り出したＸ線を繊維糸条に照射し、繊維から８０ｍｍ後方（Ｘ線発生源とは逆方向）に置いた富士写真フィルム（株）製イメージングプレート（ＦＤＬ  ＵＲ−Ｖ）にて試料繊維からの回折Ｘ線を測定した。十分な回折強度を得るために必要な測定時間は２０分乃至１２０分であった。イメージングプレートで測定した回折強度は富士写真フィルム（株）製デジタルミクログラフィー（ＦＤＬ５０００）を用いた日本電子（株）製ＰＩＸｓｙｓＴＥＭ２０にて解析した。結晶配向パラメーターは、（２００）回折面のデバイ環に沿った方位角方向の回折強度分布からバックグラウンド散乱の補正を施した後、［数１］で定義される式に従って算出した。
【０００６】
【数１】
0003988100.tif 000002
【０００７】
ここでI(φ) は(200) 面のデバイ環に沿って測ったバックグラウンド補正後の回折強度の方位角分布、φは赤道から測った方位角である。
【０００８】
本発明で用いる高配向有機繊維は常温における繊維軸方向の熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上であるとより高い伝熱効果を得ることが可能となる。なお、熱伝導係数の測定は定常熱流法で測定することができるがこの方法に限定されるものではない。
【０００９】
さらに本発明で用いられる高配向有機繊維は繊維軸方向の熱伝導率が断面方向の熱伝導率の２０倍以上であることが好ましい。これにより熱移動中の熱発散が金属などの熱伝導性が等方的な材料からなる伝熱材に比べて低く抑えられる効果が得られる。このため半導体素子に接しない高配向有機繊維の一方の端を装置外部に置くことにより、装置内部の温度上昇が抑えられる効果が得られる。
【００１０】
本発明における高配向有機繊維はポリベンズビスオキサゾール、ポリベンズビスチアゾールなどのポリベンザゾール繊維、ポリベンズイミダゾール繊維、高強度ポリエチレン繊維などの強度が３０ｇ／ｄ以上の高強度繊維を用いることが重要である。これらの繊維は電気絶縁体であり、比重も低く、また強度が高いため安全性、軽量化の目的を達成するために重要な役割を果す。また、強度が３０ｇ／ｄ以下の場合、繊維が破断し易く、組立、補修などの作業で取り扱いにくくなる傾向がある。さらに、このような高強度繊維は繊維軸方向と断面方向の物性の異方性が非常に大きく、特に熱伝導性の異方性が大きく、伝熱部材として非常に有利となる。
【００１１】
高配向繊維の太さは、特に制限がないが、通常、３０〜８μｍのものが使用でき、引揃えられて繊維集合体の形で使用される。
【００１２】
【実施例】
以下に実施例をあげて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
実施例１
強度４２ｇ／ｄ、結晶配向パラメーターが０．０１のポリベンズビスオキサゾール繊維「東洋紡績（株）製ザイロンＨＭ」を５０ｍｍ×５ｍｍの断面となるように束ね、一方を樹脂に埋め込んだ。樹脂に埋め込まれた長さが５ｍｍになるように長さ１００ｍｍに切断したものを１０本を０．１ｍｍのアルミ板に樹脂接着剤で接合し伝熱部材を作成した。なお、反対面はばらけないようにバンドで束ねた。
【００１３】
実施例２
強度３０ｇ／ｄ、結晶配向パラメーターが０．０５のポリエチレン繊維「日本ダイニーマ（株）製ダイニーマ」を用い、実施例１と同様に伝熱部材を作成した。
【００１４】
比較例１
従来のヒートシンクを伝熱部材とした。
【００１５】
比較例２
ＰＡＮ系炭素繊維「三菱レーヨン（株）パイロフィルＴＲ３０」を実施例１と同様の方法で伝熱部材を作成した。
【００１６】
試験方法
上記の各伝熱部材を以下の方法で評価した。
模擬発熱体として５０×５０ｍｍ、厚み５ｍｍの鉄板（Ｓ５０Ｃ）の中央に穴を明け、熱電対を挿入した。加熱炉中で７５℃に昇温したものを２３℃に温調した風防内の断熱材の上に置き伝熱部材をセットして、その温度変化を記録計で記録した。放熱効率は７０℃から４０℃に冷却されるまでに要した時間で評価した。評価結果を表１に示す。なお、各繊維の体積抵抗は文献値及びカタログ値である。
【００１７】
【表１】
0003988100.tif 000003
【００１８】
以上のように、本発明の高配向有機繊維集合体を用いた実施例１及び２は、ヒートシンク（比較例１）よりも冷却効果が高く、かつ絶縁性が高いので、軽量でかつ安全性の高い伝熱部材として有用であることが理解できる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は、伝熱材料として結晶配向パラメーターが０．０５以下の高配向有機繊維の繊維軸方向の熱伝導性の良さを用いることで半導体素子などで発生した熱を系外へ高効率で伝達することができる。また、電気絶縁材料であるため絶縁の処理が必要なく、素材の重量も非常に軽くできるため軽量化の効果が大きい。
したがって、冷却効率が高く、かつ軽量で安全な半導体装置などの冷却構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の伝熱部材の一例の模式図である。
【符号の説明】
１：高配向有機繊維束
２：樹脂
３：アルミ板
４：結束バンド
【図１】
0003988100.tif 000004