(57)【要約】【課題】グラファイト、アルミを用い複合材料を一体構成品として、より高効率の放熱性又熱伝導性を企てる電気部材、及びその他の熱伝導用、放熱用部材。【解決手段】図１の本発明の高熱伝導、高熱拡散性フイルムの構造を示す断面図によりグラファイト・アルミ複合放熱剤１をベースとし、熱伝導性エポキシ電気絶縁シート３を固着させる。この積層構造により、高放熱、高熱伝導のフイルムＰＷＢとなる。フイルムは１５０μｍ〜２５０μｍの厚さにて構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラファイトとアルミ合金の粉体を含有させ、シリコンレジン等のバインダー剤で固形化させた事を特徴とする高熱伝導・高熱拡散性フィルム状放熱材料。
もしくは、このフィルム材料を利用したフレキシブルフィルム状電気回路基板。
【請求項２】
グラファイトが８０〜９０％とアルミ合金（ＡＣ３Ａ材）が１０〜２０％及びバインダー剤が１０％以下の重量比で組成された事を特徴とする請求項１のフィルム状放熱材料。
【請求項３】
グラファイトとアルミ合金（ＡＣ３Ａ材）等が夫々粉体の状態から溶湯鍛造法により加圧含浸させて得られた黒鉛−金属複合体や、その他の製法で得られたインゴットを再度切削・研削・気流粉砕等の方法にて製造された粉体を材料として使用する事を特徴とする請求項１のフィルム状放熱材料。
【請求項４】
グラファイトとアルミの粉体、もしくは、この２種の粉体と、シリコンレジン等のバインダー剤で固形化させた事を特徴とする高熱伝導・高熱拡散性の優れた異形断面を有する固形状放熱材料。
【請求項５】
グラファイトが８０〜９０％とアルミ合金（ＡＣ３Ａ材）が１０〜２０％及びバインダー剤が１０％以下の重量比で組成された事を特徴とする請求項４の異形断面を有する固形状放熱材料。
【請求項６】
グラファイトとアルミ合金（ＡＣ３Ａ材）等が夫々粉体の状態から溶湯鍛造法により加圧含浸させて得られた黒鉛−金属複合体や、その他の製法で得られたインゴットを再度切削・研削・気流粉砕等の方法にて製造された粉体を材料として使用する事を特徴とする請求項４の異形断面を有する固形状放熱材料。
【請求項７】
グラファイトとアルミの粉体、もしくは、この２種の粉体と、シリコンレジン等のバインダー剤で成形した固形状放熱材料と銅箔を、絶縁体を介在して接着した事を特徴とするヒートシンク一体構造電気回路異形基板。
【請求項８】
グラファイトが８０〜９０％とアルミ合金（ＡＣ３Ａ材）が１０〜２０％及びバインダー剤が１０％以下の重量比で組成された事を特徴とする請求項７のヒートシンク一体構造電気回路異形基板。
【請求項９】
グラファイトとアルミ合金（ＡＣ３Ａ材）等が夫々粉体の状態から溶湯鍛造法により加圧含浸させて得られた黒鉛−金属複合体や、その他の製法で得られたインゴットを再度切削・研削・気流粉砕等の方法にて製造された粉体を材料として使用する事を特徴とする請求項７のヒートシンク一体構造電気回路異形基板。
【請求項１０】
キャストフィルム製法もしくはカレンダーフィルム製法によりフレキシブルな薄板を形成する事を特徴とする請求項１のフィルム状放熱材料。
【請求項１１】
ＢＭＣ成形法、粉末冶金成形法、金属粉末射出成型法、チクソモールディング法、もしくは冷間鋳造・冷間鍛造法のいずれかの製造方法にてソリッド状の放熱異形材料を形成する事を特徴とする請求項４及び請求項７の固形状放熱材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、部品等の高熱化回避の技術に関する分野で十分な放熱効率の改善を実現させる為のものである。
【背景技術】
【０００２】従来は、グラファイト及びアルミその他の物質を含有した、一体構造の異種複合材からなる高効率放熱製品として、インゴット状のブロックを板状に切り出した高効率放熱板材の物のみが製品として世の中に出ている。有用な応用製品としては高輝度ＬＥＤ（３Ｗ〜１００Ｗかそれ以上）を用いた高出力高照度照明製品用の電気回路基板（ＰＷＢ）が有る。【０００３】現状では、高効率放熱ＰＷＢに高輝度ＬＥＤを実装した後に、必ず熱伝導接着剤を用いてアルミ等のヒートシンク（通常多数のフィンを設けたブロック）を貼り付け、出来る限り放熱効率を保つ様に設計を行っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】板状に切り出した高効率放熱ＰＷＢでは剛性が強い為、曲面を必要とするＰＷＢや、製品形状に追従させたり、柔軟性を必要とする用途の製品には現在の高効率放熱ＰＷＢでは利用できない。【０００５】その為、可動部品への配線や基板、立体的な配線や基板、又、配線や基板を曲げる必要がある箇所などには、利用する事が出来ない為、用途が限られてしまっている。【０００６】従来、ＰＥＴ樹脂等を使用した、熱伝導性には乏しいフレキシブルなフィルム基板は存在するが、複合放熱材料をフィルム状に製作出来た物はなく、更に単に放熱特性を有した材料においてもフィルム状にした基板そのものも、その製造方法も皆無である。【０００７】また、アルミ基板や銅基板の様な放熱性の高いＰＷＢ＋熱伝導接着剤＋アルミ等のヒートシンクでは充分な放熱効果が満足されず、折角の高効率放熱ＰＷＢを採用しても放熱効率の減衰、及びコスト増加にもつながってしまう。
【課題を解決する手段】
【０００８】請求項１に係る発明は、基板のフレキシブル性を実現させ、可動部品への配線、（例えば折りたたみ型携帯電話の蝶番（ヒンジ）を通る配線、カメラのレンズ内配線など）や立体的な配線、あるいはプリント基板、例えば主基板から離れた液晶ディスプレイなどの部品に電気信号を伝達する配線や、空間的制約のために配線や基板を曲げる必要がある箇所などに非常に有効な製品となり得る。
【０００９】請求項２に係る発明は、ＰＷＢをフィルム状に変更しても、高効率放熱板材の特性を出来るだけ確保する為の、組成の条件を定めるものである。
【００１０】請求項３に係る発明は、高熱伝導複合体の特性を確保する為の粉体は、夫々の粉体を単独のまま含有させるのではなく、一度溶融させインゴットに一体化させた後に粉末化する事によってより熱伝導を高める製造法である。
【００１１】請求項４に係る発明は、通常のアルミヒートシンクと同様な形状に成形した高熱伝導・高熱拡散性を有した異形の固形状放熱材料。
【００１２】請求項５に係る発明は、異形（自由形状）のブロックを作り上げた場合でも、高効率放熱板材の特性を出来るだけ確保する為の、組成の条件を定めるものである。
【００１３】請求項６に係る発明は、高熱伝導複合体の特性を確保する為の粉体は、夫々の粉体を単独のままブレンドするのではなく、一度溶融させインゴットに一体化させた後に粉末化する事によってより熱伝導を高める製造法である。
【００１４】請求項７に係る発明は、放熱効率の減衰の、改善とコスト増加（部品の増加や組立工数のアップ）の回避の為の、ヒートシンク一体構造電気回路異形基板。
【００１５】請求項８に係る発明は、ヒートシンク一体構造電気回路基板を作り上げた場合、高効率放熱板材の特性を出来るだけ確保する為の、組成の条件を定めるものである。
【００１６】請求項９に係る発明は、高熱伝導複合体の特性を確保する為の粉体は、夫々の粉体を単独のままブレンドするのではなく、一度溶融させインゴットに一体化させた後に粉末化する事によって、より熱伝導を高められる製造法である。
【００１７】請求項１０に係る発明は、フィルム状ＰＷＢの放熱特性を減衰する事が無く、また生産性を上げコストを抑える為の製造方法。
【００１８】請求項１１に係る発明は、ソリッド化放熱異形材料の放熱特性を減衰する事が無く、また生産性を上げコストを抑える為の製造方法。
【発明の効果】
【００１９】請求項１に係る発明に依れば、今までに無い高熱伝導・高熱拡散の優れた材料で、可動部品への配線、空間的制約のために配線や基板を曲げる必要がある箇所などにも放熱対策において、非常に有効な製品設計が実現できる。
【００２０】請求項２に係る発明に依れば、この重量比で最も効率的且つ伝熱特性アップに大きな効果が得られる。
【００２１】請求項３に係る発明に依れば、同様の組成重量比率であっても、伝熱特性上より優れた性能が実現する。
【００２２】請求項４に係る発明に依れば、今までの材料に無い高熱伝導・高熱拡散の優れたヒートシンクが実現する。
【００２３】請求項５に係る発明に依れば、この重量比で最も効率的且つ伝熱特性アップに大きな効果が得られる。
【００２４】請求項６に係る発明に依れば、同様の組成重量比率であっても、伝熱特性上より優れた性能が実現する。
【００２５】請求項７に係る発明に依れば、今までに無い高熱伝導・高熱拡散の優れた材料でありながら、構造的に従来に対し熱的絶縁物質介在の激減による伝熱特性の大幅アップ。更には副資材・部品の減少とそれに伴う組立工数の減少で、コスト及び信頼性に大きな改善となる。
【００２６】請求項８に係る発明に依れば、この重量比で最も効率的且つ伝熱特性アップに大きな効果が得られる。
【００２７】請求項９に係る発明に依れば、同様の組成重量比率であっても、伝熱特性上より優れた性能が実現する。
【００２８】請求項１０に係る発明に依れば、技術的な特性値を満足し、信頼性が高く、より低コストでの、製品化が実現出来る。
【００２９】請求項１１に係る発明に依れば、上記と同様に技術的な特性値を満足し、信頼性が高く、より低コストでの、製品化が実現出来る。
【００３０】因みに本発明に関わるグラファイト・アルミ複合放熱材料の性能は、実験によると熱伝導率が４２５Ｗ／ｍ°Ｆ（銅３９０の１．０９倍、アルミ２２０の１．９倍）であり、熱拡散率は２．７ｃｍ２／ｓｅｃ（銅１．１２の２．４１倍、アルミ０．９０の３．０倍）と、言う結果が得られており、現在使用されている放熱材料に対して、比較にならない程の優位な実力値を有している事が分かっている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の高熱伝導・高熱拡散性フィルム状放熱材料の構造を示す断面図。
【図２】本発明の高熱伝導・高熱拡散性フィルム状放熱材料の組成分布模擬図。
【図３】本発明の高熱伝導・高熱拡散性固形状放熱材料の組成分布模擬図。
【図４】本発明のヒートシンク一体構造電気回路異形基板の構造を示す断面図。
【図５】従来のヒートシンクと電気回路基板の構造を示す参考断面図。
【図６】本発明の高熱伝導・高熱拡散性フィルム状放熱材料を応用した一例製品の構造を示す参考側面図。
【図７】本発明のヒートシンク一体構造電気回路異形基板を応用した一例製品の構造を示す参考側面図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】本発明の構成を図１〜図７によって説明する。
請求項１の１例として、構造は、グラファイト・アルミ複合放熱材フィルム（厚さ１０μｍ〜５０μｍ）１に、熱伝導性エポキシ接着剤２によりエポキシ電気絶縁シート（厚さ７０μｍ）３を密着させ又、その上には再度熱伝導性エポキシ接着剤２を付して銅箔（厚さ３５μｍ〜１０５μｍ）４を密着固定してフィルムＰＷＢ製品として構成される。（図１）
【００３３】図２は、請求項２の説明で、グラファイト・アルミ複合放熱材フィルム（厚さ１２μｍ〜５０μｍ）１の構成としてはグラファイト（Φ２μｍ〜１０μｍ）５が８０〜９０％、アルミ合金（Φ２μｍ〜１０μｍ）６が１０〜２０％、シリコンレジン等のバインダー（Φ２μｍ〜３０μｍ）７により均等分布され、固着されている。
【００３４】図３は、請求項４のグラファイト・アルミ複合放熱材の異形固形状放熱材（厚さ１．０ｍｍ〜３．０ｍｍ）８の構成図を示す。
上記と同様グラファイト（Φ２μｍ〜１０μｍ）５が８０〜９０％、アルミ合金（Φ２μｍ〜１０μｍ）６が１０〜２０％、シリコンレジン等のバインダー（Φ２μｍ〜３０μｍ）７により均等分布され成形されている。
【００３５】図４は、請求項７のグラファイト・アルミ複合放熱材によるヒートシンク一体構造電気回路異形基板１８の構造図を示す。
グラファイト・アルミ複合異形固形状放熱材（厚さ１．０ｍｍ〜３．０ｍｍ）８に、対して熱伝導性エポキシ接着剤２によりエポキシ電気絶縁シート（厚さ７０μｍ）３を密着させまたその表面には再度熱伝導性エポキシ接着剤２を付して銅箔（厚さ３５μｍ〜１０５μｍ）４を密着固定し製品として固定される。（図１）
【００３６】図５は、従来の高性能放熱材ＰＷＢの使用状態を示すものである。
エポキシ電気絶縁シート（厚さ７０μｍ）３と銅箔（厚さ３５μｍ〜１０５μｍ）４を熱伝導性エポキシ接着剤２を介して、熱伝導性板材１０に固着一体化した熱伝導性ＰＷＢ１１に対して、アルミヒートシンク９を、熱伝導性エポキシ接着剤２にて密着固定して、最終的なＰＷＢ組立として使用する。
【実施例】
【００３７】図６は、請求項１記載の、グラファイト・アルミ複合放熱材フィルム（厚さ１２μｍ〜５０μｍ）１を使用して、高出力ＬＥＤ照明モジュール１３に導入した一例を示したものである。【００３８】本発明のグラファイト・アルミ複合放熱材フィルム（厚さ１２μｍ〜５０μｍ）１に、ハイパワーＬＥＤ１２等が実装された電気回路フィルム基板１４が、筐体兼ヒートシンク１６に貼り付けられ、電源ユニット１５も含め照明モジュール本体１３が成り立っている。【００３９】図７は、請求項７記載のヒートシンク一体構造電気回路異形基板１８の実施の一例を示したものである。【００４０】本発明のグラファイト・アルミ複合異形固形状放熱材（厚さ１．０ｍｍ〜３．０ｍｍ）８に熱伝導性エポキシ接着剤２を介して、エポキシ電気絶縁シート（厚さ７０μｍ）３と銅箔（厚さ３５μｍ〜１０５μｍ）４が貼付けられている。
銅箔４には電気回路パターンが形成されており、そのパターンに従ってハイパワーＬＥＤ１２がクリームはんだ１７により実装されている。
【符号の説明】
【００４１】１：グラファイト・アルミ複合放熱材フィルム（厚さ１２μｍ〜５０μｍ）
２：熱伝導性エポキシ接着剤
３：エポキシ電気絶縁シート（厚さ７０μｍ）
４：銅箔（厚さ３５μｍ〜１０５μｍ）
５：グラファイト（Ｓφ２μｍ〜１０μｍ）
６：アルミ合金（Ｓφ２μｍ〜１０μｍ）
７：シリコンレジン等のバインダー（Ｓφ２μｍ〜３０μｍ）
８：グラファイト・アルミ複合異形固形状放熱材（厚さ１．０ｍｍ〜３．０ｍｍ）
９：アルミ  ヒートシンク
１０：熱伝導性板材
１１：熱伝導性ＰＷＢ
１２：ハイパワーＬＥＤ
１３：照明モジュール本体
１４：電気回路フィルム基板
１５：電源ユニット
１６：筐体兼ヒートシンク
１７：クリームはんだ
１８：ヒートシンク一体構造電気回路異形基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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