(57)【要約】【課題】熱伝導成形物において熱伝導性、密着性および防振性の向上に資する技術を提供すること。【解決手段】樹脂製の母材に熱伝導率の高い無機フィラーを添加混練することによって組成物を構成し、耐熱性トレー２１のトレー凹部２３に当該組成物を充填する。トレー凹部２３をラミネートフィルム５１によって密封した状態で加熱して組成物を硬化させる。熱伝導成形物１は、トレー凹部２３によって発熱体としての電子素子７１を覆うことができる（凹部１１を有する）形状に構成される。これにより、電子素子７１を覆うことができる形状を有する熱伝導成形物１を容易に成形することができるとともに、塗工成形に比べて厚みの大きな熱伝導成形物を成形することができる。この結果、熱伝導成形物１の密着性の向上と防振性の向上との両立を図ることができる。また、熱伝導成形物１の成形と梱包とを一体化した構成であるため、防塵性の向上も図ることができる。【選択図】図３
2016092227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と放熱体との間に介在され、前記発熱体の熱を前記放熱体に伝達するよう所望の形状に構成された熱伝導成形物であって、
樹脂母材と熱伝導性フィラーとを含有する組成物から構成され、前記所望の形状に対応した形状を有する耐熱性トレーのトレー凹部に前記組成物を充填し、加熱硬化することによって製造された
ことを特徴とする熱伝導成形物。
【請求項２】
前記加熱硬化は、前記トレー凹部に前記組成粒を充填した後、保護部材によって該トレー凹部を密封した状態で行うよう構成されている請求項１に記載の熱伝導成形物。
【請求項３】
前記保護部材は、前記所望の形状に対応した形状を有する請求項２に記載の熱伝導成形物。
【請求項４】
発熱体と放熱体との間に介在され、前記発熱体の熱を前記放熱体に伝達する熱伝導成形物を所望の形状に構成するための熱伝導成形物の製造方法であって、
樹脂母材に熱伝導性フィラーを混練することによって組成物を構成する工程と、
前記所望の形状に対応した形状を有する耐熱性トレーのトレー凹部に前記組成物を充填する工程と、
前記トレー凹部に充填された状態の前記組成物を加熱硬化する工程と、
を含む
ことを特徴とする熱伝導成形物の製造方法。
【請求項５】
前記トレー凹部に前記組成物を充填した後、保護部材によって該トレー凹部を密封する工程をさらに備える請求項４に記載の熱伝導成形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体と放熱体との間に介在され、発熱体の熱を放熱体に伝達するよう所望の形状に構成された熱伝導成形物およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１４−１３８８号公報（特許文献１）には、発熱体と放熱体との間に介在される熱伝導シートが記載されている。当該熱伝導シートは、樹脂材料に熱伝導率の高い無機フィラーを充填して塗工成形される。
【０００３】
当該熱伝導シートでは、無機フィラー粒子の長軸方向をシートの厚み方向に対して平行となるように配向すると共に、無機フィラーの含有量およびシート表面における無機フィラーの露出割合を規定することによって、熱伝導性の向上および発熱体の形状に対する追従性の向上との両立を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、熱伝導シートには、熱伝導性に加えて、柔軟性、特に発熱体と放熱体との間に介在させても、該発熱体や放熱体に対して、(１)与える(押圧力のような)機械的応力負荷が少ないこと(機械的応力負荷低減)、(２)その寸法に大きな影響を与えないこと、または他部材の大きな公差を吸収すること(寸法公差安定性向上)、さらには(３)防振性向上に対する要望が強くなっている。
【０００６】
例えば、上述の(１)、(２)を考えた場合、柔軟性をさらに向上させる必要がある。(３)の防振性を向上するには、熱伝導シートの厚みを厚くすれば良いが、一般的に用いられる塗工成形において厚みを増すためには、フィラー増量等による高粘度化が必要となるため、柔軟性が低下してしまい、上述の(１)、(２)に問題が生じ、また発熱体の形状に対する追従性、すなわち密着性も低下してしまう。
【０００７】
また、上述した熱伝導シートは、平面的にしか成形することができない構成であるため、発熱体や放熱体の形状に凹凸がある等する場合、該発熱体・放熱体と熱伝導シートの間が離れてしまう部位が発生する等して、密着性が低下してしまい、加えて(３)防振性も向上できなくなる。
【０００８】
さらに平面的に得られる熱伝導シートにおいては、実際に利用される形状に合わせて、例えばトムソン型・ピナクル型等による打ち抜き・カット等の後加工(二次加工)が必要となり、打ち抜いた後に製品として必要な部位以外の不要な部位(切れ端)が発生し、原料に対して無駄が生じてしまう(材料の歩留まり)問題や、これら切れ端に起因する細かなゴミや、製品の輸送途中に混入するゴミが異物となってしまう問題もある。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、熱伝導成形物において、密着性および熱伝導性を向上させるとともに、(発熱体等に対する)機械的応力負荷の低減、寸法公差安定性の向上、さらには防振性の向上にも資する技術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】
【００１０】
本発明に係る熱伝導成形物の好ましい形態によれば、発熱体と放熱体との間に介在され、当該発熱体の熱を当該放熱体に伝達するように所望の形状に構成される。当該熱伝導成形物は、樹脂母材と熱伝導性フィラーとを含有する組成物から構成される。また、熱伝導成形物は、所望の形状に対応した形状を有する耐熱性トレーのトレー凹部に組成物を充填し、加熱硬化することによって製造される。
【００１１】
本発明における「所望の形状に構成される」とは、典型的には、基板に対して突出状に取り付けられた発熱体としての電子素子の外面を覆うことができるように、当該電子素子の外形に沿う凹部を有する形状に熱伝導成形物を構成する態様がこれに該当する。
【００１２】
本発明によれば、熱伝導成形物が耐熱性トレーを用いて所望の形状に注型成形される構成であるため、例えばＳｏＣ(System-on-a-chips:1つの半導体チップ上に必要とされる一連の機能（システム）を集積した集積回路)等のように、発熱体(電子素子)の外面が凹凸形状であったとしても、当該外面を覆うことができる（発熱体との接触面積を増加することができる）形状の熱伝導成形物を容易に成形することができるとともに、塗工成形に比べて厚みの大きな熱伝導成形物を成形することができる。さらに厚くするためにフィラーを増量する等の必要がないため、低硬度化が可能となり、これにより、低硬度化による機械的応力負荷低減、寸法公差安定性向上や、密着性向上とを達成し得る。また防振性の向上も図ることができる。なお、密着性が向上するため、熱伝導性を向上することができることは言うまでもない。
【００１３】
また、本発明によれば、熱伝導成形物を成形する際に別途金型等が不要であるため、イニシャルコストが大きくならず安価に製造することができる。さらに、熱伝導成形物を所望の形状に成形するにあたって後加工が不要であるため、塗工成形に比べて材料の歩留りを向上することができる。
【００１４】
本発明に係る熱伝導成形物の更なる形態によれば、加熱硬化は、トレー凹部に組成物を充填した後、シート状物等の保護部材によって当該凹部を密封した状態で行うように構成されている。
【００１５】
本発明における「保護部材によって組成物が充填された凹部を密封した状態」とは、典型的には、保護部材のうち所望の形状に対応した形状部分が凹部内に配置された状態で保護部材によって凹部が密封された状態がこれに対応する。なお、本発明における「所望の形状に構成される」とは、典型的には、基板に対して突出状に取り付けられた発熱体としての電子素子の凹凸や外面を覆うことができるように、当該電子素子の外形に沿う凸凹部を有する形状に熱伝導成形物を構成する態様がこれに該当する。
【００１６】
本形態によれば、成形時に保護部材を取り付ける構成、すなわち、成形と梱包とが一体化された構成であり、さらには後工程もないため、これら切れ端に起因する細かなゴミや、製品の加工途中・輸送途中に混入するゴミが異物となってしまうこともなく、したがって防塵性を向上することができる。
【００１７】
本発明に係る熱伝導成形物のまた更なる形態によれば、前記保護部材は、前記所望の形状に対応した形状を有する。
【００１８】
本発明によれば、熱伝導成形物が耐熱性トレーを用いて所望の形状に注型成形される構成となるため、発熱体の凹凸や外面を覆うことができる形状の熱伝導成形物を容易に成形することができるとともに、塗工成形に比べて厚みの大きな熱伝導成形物を成形することができる。
【００１９】
これにより、密着性を向上させ得るとともに、防振性の向上も図ることができる。
【００２０】
また、所望の形状に対応する形状を耐熱性トレーのトレー凹部ではなく、保護部材側に設ける構成であるため、熱伝導成形物をトレー凹部から取り出す際の取り出し性を向上することができる。
【００２１】
本発明に係る熱伝導成形物の製造方法の好ましい形態によれば、発熱体と放熱体との間に介在され当該発熱体の熱を当該放熱体に伝達する熱伝導成形物を所望の形状に構成するための熱伝導成形物の製造方法が構成される。当該製造方法は、樹脂母材に熱伝導性フィラーを混練することによって組成物を構成する工程と、所望の形状に対応した形状を有する耐熱性トレーのトレー凹部に組成物を充填する工程と、トレー凹部に充填された組成物を加熱する工程と、を含んでいる。
【００２２】
本発明によれば、熱伝導成形物が耐熱性トレーを用いて所望の形状に注型成形される構成であるため、発熱体の凹凸や外面を覆うことができる形状の熱伝導成形物を容易に製造(成形)することができるとともに、塗工成形に比べて厚みの大きな熱伝導成形物を製造することができる。
【００２３】
これにより、発熱体(電子素子)の外面が凹凸形状であったとしても、当該外面を覆うことができる（発熱体との接触面積を増加することができる）形状の熱伝導成形物を容易に製造し得るとともに、塗工成形に比べて厚みの大きな熱伝導成形物を製造し得る。さらに厚くするためにフィラーを増量する等の必要がないため、低硬度化が可能となり、これにより、低硬度化による機械的応力負荷低減、寸法公差安定性向上や、密着性向上とを達成し得る。また防振性の向上も図ることができる。なお、密着性が向上するため、熱伝導性を向上することができることは言うまでもない。
【００２４】
本発明に係る熱伝導成形物の製造方法の更なる形態によれば、トレー凹部に組成物を充填した後、保護部材によって当該凹部を密封する工程をさらに備えている。
【００２５】
本形態によれば、成形時に保護部材を取り付ける構成、すなわち、成形と梱包とが一体化された構成であるあり、さらには後工程もないため、これら切れ端に起因する細かなゴミが異物となってしまうこともなく、また製品の加工途中・輸送途中に混入するゴミが混入することもなく、したがって防塵性を向上することができる。
【００２６】
本発明に係る熱伝導成形物の製造方法のまた更なる形態によれば、トレー凹部に前記組成物を充填した後、保護部材によって該トレー凹部を密封する工程をさらに備える。
【００２７】
本発明によれば、熱伝導成形物が耐熱性トレーを用いて所望の形状に注型成形される構成であるため、発熱体の凹凸や外面を覆うことができる形状の熱伝導成形物を容易に製造することができるとともに、塗工成形に比べて厚みの大きな熱伝導成形物を製造することができる。
【００２８】
これにより、成形時に保護部材を取り付ける構成、すなわち、成形と梱包とが一体化された構成であるため、防塵性を向上することができる。なお、熱伝導性フィラーを用いるため熱伝導性も確保できる。さらに、所望の形状に対応する形状を耐熱性トレーの凹部ではなく、保護部材側に設ける構成であるため、熱伝導成形物を凹部から取り出す際の取り出し性を向上することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、熱伝導成形物において密着性および熱伝導性を向上させるとともに、(発熱体等に対する)機械的応力負荷の低減、寸法公差安定性の向上、さらには防振性の向上にも資する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係る熱伝導成形物を示す概略断面図である。
【図２】実施の形態に係る熱伝導成形物の製造の様子を示す概念図である。
【図３】実施の形態に係る熱伝導成形物の製造工程の一例を示す製造工程図である。
【図４】実施の形態に係る熱伝導成形物の製造する耐熱性トレーの変形例を示す概略断面図である。
【図５】熱伝導成形物の製造工程の変形例を示す製造工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【００３２】
本発明の実施の形態に係る熱伝導成形物１は、熱硬化性の液状樹脂からなる母材に熱伝導率の高い無機フィラーを添加混練した組成物から構成されており、図１に示すように、発熱体としての電子素子７１の外面を覆うことができる凹部１１を有している。母材としては、シリコーン、アクリル、ウレタンおよびエポキシ等を用いることができる。母材は、本発明における「樹脂母材」に対応し、電子素子７１は、本発明における「発熱体」に対応する実施構成の一例である。
【００３３】
なお、図１において前記電子素子７１は、基板上に設置された形態で説明され、熱伝導成形物１の上面には、放熱体としての放熱フィン部材８１が載置されている。放熱フィン部材８１は、本発明における「放熱体」に対応する実施構成の一例である。
【００３４】
無機フィラーとしては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛および酸化ケイ素等の金属酸化物や、炭酸カルシウム、タルクおよびマイカ等の粘土鉱物、窒化アルミニウム、窒化ホウ素および窒化ケイ素等の金属窒化物、銅、アルミニウム、ニッケルおよび銀などの金属、その他炭化ケイ素、カーボン、グラファイトおよびダイヤモンド等の粉体もしくは繊維状のものを用いることができる。無機フィラーは、本発明における「熱伝導性フィラー」に対応する実施構成の一例である。
【００３５】
なお、熱伝導成形物１は、熱伝導成形物１のうち少なくとも電子素子７１と放熱フィン部材８１とに挟まれる部分の厚みが１ｍｍとなるように構成されている。これにより、熱伝導成形物１の防振(クッション)性が向上するため、電子素子７１に入力される振動を低減することができる。
【００３６】
次に、熱伝導成形物１の製造工程について説明する。まず、上述した液状の樹脂母材に上述したような熱伝導率の高い無機フィラーを添加混練すると共に、脱泡することによって組成物を生成する。液状の樹脂母材に対する無機フィラーの体積割合は４０〜８０％の範囲となるようにすることが望ましい。これにより、柔軟性の向上と熱伝導性の向上との両立を図ることができる。
【００３７】
続いて、当該組成物をディスペンサ６１に供給すると共に、図２に示すように、当該ディスペンサ６１によって耐熱性トレー２１の複数のトレー凹部２３に組成物を充填する。耐熱性トレー２１は、組成物(樹脂母材)の熱硬化温度（１００℃〜１５０℃）においても変形しない樹脂、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリアセタール、ポリアリレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンなどから構成されている。なお、当該耐熱性トレー２１のトレー凹部２３には、組成物を充填するより前に離型剤（シリコーン、フッ素、アニオン系界面活性剤）を塗布しておくことが望ましい。
【００３８】
トレー凹部２３には、図２および図３に示すように、熱伝導成形物１が有する凹部１１に対応した凸部２５が形成されている。凸部２５は、電子素子７１の形状に倣った形状(電子素子７１の外部輪郭形状に略合致した形状)に構成されている。
【００３９】
そして、トレー凹部２３に組成物を充填した後に、保護部材としてのラミネートフィルム５１によってトレー凹部２３を密封する。最後に、組成物が充填されたトレー凹部２３をラミネートフィルム５１で密閉した状態で加熱硬化処理を行う。この加熱硬化処理によって、トレー凹部２３に充填された組成物が、電子素子７１の形状に沿った凹部１１を有する熱伝導成形物１となる。そして、耐熱性トレー２１からラミネートフィルム５１を剥離して脱型されることで、熱伝導成形物１が使用に供される。
【００４０】
なお、本実施の形態では、耐熱性トレー２１のトレー凹部２３には予め離型剤（シリコーン、フッ素、アニオン系界面活性剤）が塗布されているため、熱伝導成形物１を耐熱性トレー２１のトレー凹部２３から取り出す際に取り出し易い構成となっている。
【００４１】
また、ラミネートフィルム５１によるトレー凹部２３の密閉は、例えば母材がアクリル等の加熱によって架橋・硬化し、酸素の存在が硬化に悪影響を及ぼすときには、組成物だけによってトレー凹部２３内を充填して密閉するようにされる。
【００４２】
次に、当該工程によって成形した熱伝導成形物１の放熱効果と、塗工成形によって成形した平面状の熱伝導シートの放熱効果とを比較評価した結果について説明する。当該放熱効果の比較評価を行ったところ、平面状の熱伝導シートを用いた場合に比べて本実施形態に係る熱伝導成形物１は、電子素子７１の温度を３〜４℃低減することができた。なお、当該評価は、縦×横×厚みが１５ｍｍ×１５ｍｍ×１ｍｍの平面状の熱伝導シートおよび同サイズの本実施形態に係る熱伝導成形物１を、縦×横×高さが１５ｍｍ×１５ｍｍ×１ｍｍに構成された電子素子７１上に載せた状態で、１２００秒経過した後に測定した電子素子７１の温度を比較することにより行うものとした。
【００４３】
なお、本実施の形態によれば、発熱体としての電子素子７１が隣接して複数配置される場合であって、当該複数の電子素子７１を一枚の熱伝導成形物１を介して放熱フィン部材８１に接続する構成の場合には、電子素子７１に当接する部分のみの厚みを厚く形成するとともに、それ以外の部分は電子素子７１に当接する部分の厚みよりも薄く形成することができるため、各電子素子７１等の各電子部品、これら電子部品が積層等される基板および該電子部品からなる電子機器等に掛る機械的応力負荷の低減を図ることができる。
【００４４】
ここで、当該工程によって成形した熱伝導成形物１による電子素子７１に対する機械的応力負荷と塗工成形によって成形した平面状の熱伝導シートによる電子素子７１に対する負荷とを比較評価したところ、当該工程によって成形した熱伝導成形物１は、平面状の熱伝導シートを用いた場合に比べて電子素子７１に掛る負荷を２０％以上低減できることを確認することができた。なお、当該評価は、縦×横×厚みが１０ｍｍ×１５ｍｍ×２ｍｍの平面状の熱伝導シートと、縦×横×厚みが１０ｍｍ×１５ｍｍ×１ｍｍで電子素子７１に当接する部分（５ｍｍ×５ｍｍ）の厚みのみを２ｍｍに成形した本実施の形態に係る熱伝導成形物１と、を用いて、縦×横×高さが５ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍに構成され互いに隣接配置された二つの電子素子７１上に載せ、圧縮板によって熱伝導シートと熱伝導成形物とを２０％圧縮させた際に生ずる圧縮応力を比較することにより行うものとした。
【００４５】
本実施形態では、耐熱性トレー２１のトレー凹部２３には予め離型剤（シリコーン、フッ素、アニオン系界面活性剤）を塗布する構成としたが、これに限らない。例えば、組成物に予め内部離型剤（シリコーンゴムとの相溶性の低い脂肪酸(塩)、シリコーン変性エーテル高級アルコール，オキシエチレンアルキルフェノールエーテル系界面活性剤など）を添加する構成としても良い。
【００４６】
また、図４に示すように、耐熱性トレー２１のトレー凹部２３の底面２３ａに切れ目２７を設ける構成としても良い。この場合、当該切れ目２７を介してトレー凹部２３内に空気に圧力を掛けて強制的に作用させることにより、熱伝導成形物１を耐熱性トレー２１のトレー凹部２３から取り出すことができる。なお、切れ目２７は、トレー凹部２３に充填した熱伝導成形物１（組成物）が漏出しない程度の大きさ、かつ、熱伝導成形物１を耐熱性トレー２１のトレー凹部２３から脱型することができる程度の空気圧を効率よく熱伝導成形物１に作用させることができる程度の大きさに形成されている。
【００４７】
なお、図４においては、単なる立方体形状の熱伝導成形物１を得るために、トレー凹部２３の形状は、単に下方に凹んだだけの形状となっている。
【００４８】
本実施形態では、トレー凹部２３に組成物を充填した後に、ラミネートフィルム５１(保護部材)によってトレー凹部２３を密封する構成としたが、ラミネートフィルム５１による密封工程は省略しても良い。
【００４９】
本実施形態では、熱伝導成形物１に電子素子７１の形状に倣った凹部１１を成形するための凸部２５を耐熱性トレー２１のトレー凹部２３に設ける構成としたが、これに限らない。例えば、図５に示す変形例のように、凹部１２３は底面が平面となる単なる凹部に構成するとともに、当該凹部１２３を密封する保護部材１５１に凸部１２５を設ける構成としても良い。当該構成によれば、熱伝導成形物１を使用するに際し、耐熱性トレー２１からの脱型性が向上する。なお、この場合においても、凹部１２３の底面に切れ目を設けておくことが望ましい。
【００５０】
本実施形態は、本発明を実施するための形態の一例を示すものである。したがって、本発明は、本実施形態の構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５１】
１      熱伝導成形物
１１    凹部
２１    耐熱性トレー
２３    トレー凹部
２３ａ  底面
２５    凸部
２７    切れ目
５１    ラミネートフィルム（保護部材）
７１    電子素子（発熱体）
８１    放熱フィン部材（放熱体）
１２３  凹部
１２５  凸部
１５１  保護部材
【図１】
2016092227.tif 000003
【図２】
2016092227.tif 000004
【図３】
2016092227.tif 000005
【図４】
2016092227.tif 000006
【図５】
2016092227.tif 000007