(57)【要約】【課題】本発明は熱抵抗が低く、放熱効果の高い放熱シートを簡便かつ低コストで提供することを課題とする。【解決手段】放熱シートにおいて、少なくとも表面が導電性である基材と、該基材表面の一部をマスキングしている絶縁層と、該絶縁層によりマスキングされていない導電性の基材表面に形成された柱状の高熱伝導相とを有し、該絶縁層が粘着層を有することを特徴とする。また、絶縁層と柱状の高熱伝導相の間に隙間が存在し、絶縁層が、第一の粘着層、フィルム層及び第二の粘着層からなることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面が導電性である基材と、該基材表面の一部をマスキングしている絶縁層と、該絶縁層によりマスキングされていない導電性の基材表面に形成されている柱状の高熱伝導相とを有し、該絶縁層が粘着層を有することを特徴とする放熱シート。
【請求項２】
前記絶縁層によりマスキングされていない導電性基材表面部分における該絶縁層の壁面と前記柱状の高熱伝導相の間に隙間が存在することを特徴とする請求項１に記載の放熱シート。
【請求項３】
前記粘着層が加熱及び／又は加圧により前記隙間に充填されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の放熱シート。
【請求項４】
前記絶縁層が、前記導電性基材表面側から順に、第一の粘着層、フィルム層及び第二の粘着層を有し、前記隙間において、絶縁層の壁面と柱状の高熱伝導層との間隔が、基材側の下辺が短いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載の放熱シート。
【請求項５】
前記高熱伝導相がＺｎＯからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一に記載の放熱シート。
【請求項６】
前記ＺｎＯがＬｉを含むことを特徴とする請求項５の放熱シート。
【請求項７】
基材の一部を、粘着層を有する絶縁層でマスキングする工程と、めっき処理により該基材のマスキングされていない表面から高熱伝導相を成長させる工程とを有することを特徴とする放熱シートの製造方法。
【請求項８】
前記絶縁層が、フィルム層の両面に第一の粘着層と第二の粘着層を有することを特徴とする請求項７に記載の放熱シートの製造方法。
【請求項９】
前記マスキングする工程が、基材表面全体に粘着層を有する絶縁層を形成する第一の工程と、加工により、該絶縁層に特定のピッチで並列されたドット状の孔部分のみ基材表面を露出させる第二の工程を有することを特徴とする請求項７又は８に記載の放熱シートの製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁層に形成されたドット状の孔部分の加工断面において、基材側の下辺が短いテーパ状になっていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一に記載の放熱シートの製造方法。
【請求項１１】
前記第二の工程において、レーザー光線を用いて絶縁層を加工することを特徴とする請求項９又は１０に記載の放熱シートの製造方法。
【請求項１２】
前記高熱伝導相がＺｎＯであることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一に記載の放熱シートの製造方法。
【請求項１３】
前記めっき処理に用いられるめっき溶液がＬｉを含むことを特徴とする請求項７〜１２のいずれか一に記載の放熱シートの製造方法。
【請求項１４】
前記高熱伝導相の成長後、酸素を含む雰囲気中、３００℃以上で熱処理することを特徴とする請求項７〜１３のいずれか一に記載の放熱シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱抵抗が小さく放熱効果に優れる放熱シートとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータやモバイル電子機器の高機能化に伴い、ＣＰＵ等の発熱源の発熱量が飛躍的に増大しており、放熱デバイスの高性能化が求められている。
放熱手法の一つとして簡易でかつ効果的な方法は、発熱源の表面に放熱シートや接着剤を貼り付けて放熱する方法である。多くの電子機器の放熱の場合、放熱シートや接着剤には非導電性が要求される場合も多い。
一般的な放熱シートは、樹脂中に高熱伝導率の粒子を分散した材料である。高熱伝導率粒子としては、熱伝導率が４００Ｗ／ｍＫ程度あるＡｇやＣｕなどの金属粒子（特許文献１）や、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮなどのセラミックス粒子が用いられることが多い（特許文献２）。しかし、従来の高熱伝導率粒子を利用した放熱シートには、次のような課題がある。
【０００３】
一般に、樹脂中に粒子を分散された組織を持つ複合材料は、粒子が孤立して存在するために、粒子と樹脂との界面による熱伝導の損失が大きく、熱伝導率は非常に低いものしか得られない。これに対して市販されている放熱シートなどは、粒子の体積含有率を高く設定し、ある程度、分散粒子がお互いに接触するようにし、見かけ上、分散粒子のネットワークが形成されるようにしている。例えばＡｇ粒子を分散した場合は、９Ｗ／ｍＫ程度が得られる。しかし、粒子同士は単に接触しているだけであり。また接触面積も小さいので熱伝導率は満足できるレベルにない。
【０００４】
また、本発明者は、セラミックス−樹脂複合材料において、セラミックス粒子を用いる代わりに、柱状セラミックスの連続体の長さ方向を、熱伝導率が要求される方向にほぼ平行に配向させることにより、高い熱伝導率を持つ放熱用材料が得られることを見出した。例えば、放熱シートの片面から、もう片面まで、特定の体積分率で熱伝導率の高いＺｎＯの柱状連続体をシート面に垂直に配向させることで粒子分散化組織を持つ複合材料とは異なる高い熱伝導率を発現させることができる。
このような構造を持つ複合材料は、例えば、基板表面に、基板面に垂直に成長した柱状セラミックスからなる多孔質層を形成した後、その隙間に樹脂を充填して複合層を形成するなどの方法で作製することができる。
【０００５】
例えば柱状のＺｎＯセラミックスを基板面に垂直に成長させる方法としては、大気開放型ＣＶＤ法がある。これは、気化させた原料をキャリヤーガスとともに大気開放下に室温〜数百℃程度に加熱された基材表面に吹付けることで、基材表面垂直に柱状セラミックスが成長するものである。この膜は一般には多孔質膜であり、成長させる柱状セラミックス毎の間隔（ピッチ）を制御することで、多孔質層の気孔率が制御できる。
【０００６】
大気開放ＣＶＤで作製された柱状セラミックス粒子は結晶性が高く、高温で焼結されたセラミックス焼結体に匹敵する高熱伝導率を持つので、該多孔質層の隙間に樹脂を含浸させることにより極めて熱伝導率の高いセラミックス−樹脂系複合材料が得られる。
上記したように、当該放熱シートは樹脂との複合材料であるが、柱状セラミックスを作製した後で、粘着性の樹脂を複合させる工程が必要で、コストが高くなるという問題が残されている。
【特許文献１】特開２００２−００３８２９号公報
【特許文献２】特開２００５−１３９２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点を解決すべく、熱抵抗が低く、放熱効果の高い放熱シートを簡便かつ低コストで提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はこの課題を解決すべくされたものであり、熱伝導率の高い柱状相を形成後、樹脂を複合させる工程なしに低コストで放熱シートを得る方法、および放熱シートに関し、以下の特徴を持つ。
（１）少なくとも表面が導電性である基材と、該基材表面の一部をマスキングしている絶縁層と、該絶縁層によりマスキングされていない導電性の基材表面に形成されている柱状の高熱伝導相とを有し、該絶縁層が粘着層を有することを特徴とする放熱シート。
（２）前記絶縁層と前記柱状の高熱伝導相の間に隙間が存在することを特徴とする上記（１）に記載の放熱シート。
（３）前記粘着層が加熱及び／又は加圧により前記隙間に充填されたことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の放熱シート。
（４）前記絶縁層が、前記導電性基材表面側から順に、第一の粘着層、フィルム層及び第二の粘着層を有し、前記隙間において、絶縁層の壁面と柱状の高熱伝導層との間隔が、基材側の下辺が短いことを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれか一に記載の放熱シート。
（５）前記高熱伝導相がＺｎＯからなることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれか一に記載の放熱シート。
（６）前記ＺｎＯがＬｉを含むことを特徴とする上記（５）に記載の放熱シート。
【０００９】
（７）基材の一部を、粘着層を有する絶縁層でマスキングする工程と、めっき処理により該基材のマスキングされていない表面から高熱伝導相を成長させる工程とを有することを特徴とする放熱シートの製造方法。
（８）前記絶縁層が、フィルム層の両面に第一の粘着層と第二の粘着層を有することを特徴とする上記（７）に記載の放熱シートの製造方法。
（９）前記マスキングする工程が、基材表面全体に粘着層を有する絶縁層を形成する第一の工程と、加工により、該絶縁層に特定のピッチで並列されたドット状の孔部分のみ基材表面を露出させる第二の工程を有することを特徴とする上記（７）又は（８）に記載の放熱シートの製造方法。
（１０）前記絶縁層に形成されたドット状の孔部分の加工断面において、基材側の下辺が短いテーパ状になっていることを特徴とする上記（７）〜（９）のいずれか一に記載の放熱シートの製造方法。
【００１０】
（１１）前記第二の工程において、レーザー光線を用いて絶縁層を加工することを特徴とする上記（９）又は（１０）に記載の放熱シートの製造方法。
（１２）前記高熱伝導相がＺｎＯであることを特徴とする上記（７）〜（１１）のいずれか一に記載の放熱シートの製造方法。
（１３）前記めっき処理に用いられるめっき溶液がＬｉを含むことを特徴とする上記（７）〜（１２）のいずれか一に記載の放熱シートの製造方法。
（１４）前記高熱伝導相の成長後、酸素を含む雰囲気中、３００℃以上で熱処理することを特徴とする上記（７）〜（１３）のいずれか一に記載のセラミックス膜の製造方法。
【００１１】
本発明に係る放熱シートは、少なくとも表面が導電性である基材と、該基材表面の一部をマスキングしている絶縁層と、該絶縁層によりマスキングされていない導電性の基材表面に形成された柱状の高熱伝導相とを有し、該絶縁層が粘着層を有することを特徴とする。
基材としては、銅、アルミ、グラファイト等を好ましく用いることができる。基材はその全体において導電性を有するものであってもよいし、絶縁性の基材表面に導電性膜が形成されたものであっても構わない。また、該導電性の基材表面に形成される絶縁層は、その一部分に導電性基材表面へと貫通した孔部分を有することが好ましい。本発明に係る放熱シートは、当該孔部分のように、絶縁層によりマスキングされていない導電性基材表面に柱状の高熱伝導相を有することを特徴とする。
【００１２】
前記絶縁層に形成される孔部分は、特定のピッチでドット状に並列されていることが好ましい。したがって、導電性基材表面をマスキングする絶縁層のマスクキングパターンは例えば、ハニカム形状であることが好ましい。また、絶縁層と柱状の高熱伝導相の間には隙間が存在することが好ましく、特に当該隙間の間隔が、絶縁層の外側（発熱体側）表面部分よりも導電性基材側部分の方が狭いテーパ状になっていることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る放熱シートは、前記粘着層が加熱及び／又は加圧により前記隙間に充填されたことを特徴とする。粘着層が変形して前記隙間に充填されることにより、放熱シートの熱抵抗を小さくすることができる。このため、前記絶縁層が、フィルム層の片面側のみに粘着層が設けられた構造をしている場合には、粘着層としては、加圧等により変形しやすいものを用いることが好ましい。このとき、粘着層が厚く形成されていれば、該粘着層を上記隙間に充填させることができる。
また、本発明に係る放熱シートは、前記絶縁層が、前記導電性基材表面側から順に、第一の粘着層、フィルム層及び第二の粘着層を有することが好ましい。すなわち、フィルム層の両面側に粘着層を有し、第一の粘着層はフィルム層上の導電性基材表面側に位置し、第二の粘着層は発熱体側に位置することを特徴とする。この場合第二の粘着層は、第一の粘着層よりも変形しやすいものであることが好ましい。これにより、本発明に係る放熱シートが発熱体に接着された際に、第二の粘着層が前記フィルムの上面側（発熱体側）から、前記テーパ状になった孔部分の壁面を伝って前記隙間に充填されやすくなる。
本発明に係る放熱シートは、柱状の高熱伝導相がＺｎＯからなることを特徴とし、特にＺｎＯがＬｉを含んでいることが好ましい。
【００１４】
次に、本発明に係る放熱シートの製造方法について説明する。
本発明に係る放熱シートの製造方法は、基材の一部を、粘着層を有する絶縁層でマスキングする工程と、めっき処理により該基材のマスキングされていない表面から高熱伝導相を成長させる工程とを有し、当該マスキングする工程が、基材表面全体に粘着層を有する絶縁層を形成する第一の工程と、加工により、該絶縁層に特定のピッチで並列されたドット状の孔部分のみ基材表面を露出させる第二の工程を有することを特徴とする。絶縁層は、フィルム層の少なくとも一方の面に粘着層を有することが好ましく、両面に第一の粘着層と第二の粘着層を有することがより好ましい。
すなわち具体的には、予め、フィルム層の両面に粘着性樹脂を有する絶縁層を基材表面の一部に形成しておき、絶縁層が形成されていない部分に高熱伝導の柱状相を成長させる。例えば、まず、Ｃｕ箔表面にマスキングを行う。マスキングの形状は例えば、上記の如くハニカム形状が考えられる。これにより、絶縁層が形成されていない基材が剥き出しになった部位は孤立する。
【００１５】
絶縁層の形成は、例えば、以下のようにすることができる。まず、基材表面全体に樹脂製の粘着テープを貼り付ける。粘着テープは、本体フィルムの両面に粘着樹脂が形成されたもので、フィルム本体はポリイミドやアクリルなどからなる。粘着樹脂はシリコン系やアクリル系の粘着樹脂を好ましく用いることができる。基材に接触する側の第一の粘着層には、変形しにくい材質を用い、他面の第二の粘着層は加圧により変形しやすい材質を用いる。
【００１６】
両面粘着テープは、粘着層表面に保護フィルムが存在するので、片面の保護フィルムを剥がして基材に貼り付ける。貼り付け後、最表面の保護フィルムはそのままにしておく。
最上面粘着テープを貼り付けた後、レーザー光線を一部に照射し、照射された部分の保護フィルム、第二の粘着層、本体フィルム、および第一の粘着層を共に除去加工してしまうことで、特定の直径で基材が露出した部分を特定ピッチで形成することができる。
レーザー加工で該絶縁層に穴を開ける場合、レーザーが入射する側（発熱体側）の穴の直径は大きく、基材面では穴は小さくなるので、穴の断面は、ちょうどテーパのついた形状になる。レーザーは例えば一般的な紫外線レーザーが利用可能である。
【００１７】
このような絶縁層によるマスキングを形成した基材をめっき処理すると、基材表面が剥き出しになった部分に柱状の高熱伝導相を形成することができる。例えば、後述するような電界めっきを行えば、当該基材表面からはＺｎＯが柱状に成長する。当該ＺｎＯは柱状に真っ直ぐ成長するので、成長するにつれて絶縁層の孔部分の断面との隙間が大きくなっていく。このような処理により、柱状の高熱伝導相（ＺｎＯ）と絶縁層の間には隙間が生じる（図１）。マスキング材は、一連のめっき処理で曝される酸またはアルカリに対して耐性がある材料ならなんでもよく、樹脂ならエポキシ、ポリイミド等が考えられる。
尚、絶縁層にテーパがつくならマスキング法はこの方法以外でももちろんかまわない。また、上記マスキングとめっき処理をするのは、基材の一表面でも良いし両面でも構わない。通常の放熱シートでは両面に形成する。
【００１８】
図２に示すように、本構造の放熱シートを用いると、ある程度の圧力をかけて発熱源を放熱シートに接触させた場合、図２右図のように、上部粘着層（第二の粘着層）は変形し、柱状ＺｎＯと発熱源が接触するまで、粘着樹脂は隙間に入り込む。このように発熱源とＺｎＯが接触することにより、両者の間の熱抵抗は極めて小さくなるのである。尚、加圧する際に、温度を上げながら加圧すると、粘着樹脂が変形しやすいので好ましい。通常は５０℃程度で変形性が高くなる粘着樹脂を使えばよい。シリコン系やアクリル系の粘着樹脂を使用することができる。また、粘着層は、加熱及び／又は加圧により変形し、且つ粘着性を有するものであれば、特に粘着樹脂に限られるものではない。
【００１９】
めっきは、電界めっきでよい。これにより導電性基材表面に、簡便で効率よく高熱伝導相を形成することが可能となる。電界めっきは、例えば下記工程で行うことができる。
［洗  浄］
公知の脱脂剤や有機溶媒を使用することができ、公知の処理条件で処理することができる。
［電解酸化亜鉛皮膜作製］
基材に酸化亜鉛皮膜を析出させる。電解酸化亜鉛皮膜析出溶液としては、ＺｎＯを析出させる液であればよく、特に制限されないが、ＺｎＯ等の亜鉛塩０．０１〜０．５ｍｏｌ／ｌ、好ましくは０．０５〜０．２ｍｏｌ／ｌを含有するｐＨ４〜９程度、特にｐＨ６．０の処理液を好適に用いることができ、陽極として亜鉛、カーボン、白金等を用いて導電性基材１ｃｍ２あたり０．１〜２０クーロン、好ましくは１〜１０クーロン通電して酸化亜鉛皮膜を得ることができる。浴温度は１０〜８０℃の範囲で用いられる。
【００２０】
電界めっきで成長したＺｎＯは一般に酸素欠損を持つことが多く、多くの場合は導電性であるので、絶縁性が必要な場合は、めっき後、大気中で加熱することで酸素が導入され導電性は低下する。当該加熱処理は、酸素を含む雰囲気中、３００℃以上で熱処理することが好ましい。
また、ＺｎＯは、種々の添加物をドープすることにより材料の比抵抗を変化させることができる。例えば、Ａｌをドープすると１０−４Ω・ｃｍの値が得られ材料は導電性になり、Ｌｉをドープすると１０１０Ω・ｃｍになり絶縁性になる。
大気開放型ＣＶＤ法の原料には、一般的なアルコキシドを原料として用いることができる。Ｌｉをドーピングするためには、例えば、めっき液中にＬｉを含有する有機物を添加しておき、該有機物をＺｎＯと共析させた後、大気中で有機物を焼きとばしつつ、Ｌｉをドーピングする、などの方法を用いることができるが、この限りではない。
更に、Ｌｉドーピング後に、大気中等の酸素を含む雰囲気で加熱処理することにより、ＬｉがＺｎＯに拡散し、酸素欠損も低下することで絶縁性は高くなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る放熱シートは、熱伝導率の高い柱状材料が放熱したい方向に配向した構造を持ち、さらに、発熱源と柱状材料の距離が近いために熱抵抗を小さくすることができ、高い放熱効果を発揮する。
また、本発明に係る放熱シートの製造方法は、樹脂を塗布または含浸させる工程がないため、熱抵抗の小さな放熱シートを極めて安価に提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００２３】
＜シート形成＞
基材（基板）として、２０×２０ｍｍ、厚さ５０μｍのＣｕを用いた。マスキング材として、下記の絶縁フィルムを用いた。
（絶縁フィルム）
フィルム本体：厚さ２５μｍのポリイミド
下部粘着層：アクリル系材質の粘着層、厚さ３μｍ
上部粘着層：低粘性タイプのアクリル系材質を厚さを変えて形成した。
絶縁フィルムの下部粘着層側の保護フィルムを剥がした後、これを基材の両面に貼り付けた。紫外線レーザーを用いて、各種直径の穴を各種ピッチで照射し、照射部の絶縁層を除去した。
【００２４】
＜めっき成長＞
硝酸亜鉛を０．１７ｍｏｌ／ｌを含有するｐＨ６処理液を８３℃に保持したものを用いた。陽極として白金を用いて、基板８．１Ｃ／１ｃｍ２で通電してＺｎＯ膜を所定の時間成長させた。一部の試料には、Ｌｉ塩を含むものを用いた。Ｌｉ濃度は、Ｚｎに対してＬｉが１ｍｏｌ％になるようにした。
ＺｎＯ柱の成長長さは、試料断面を切断後、顕微鏡で確認した。
一部の試料は、成長後に大気中で熱処理した。
【００２５】
＜熱抵抗の測定＞
図３に示すように、幅３０×３０ｍｍ、厚さが１０ｍｍの最上部に熱電対を埋め込んだＣｕ板の上に放熱シートを設置し、圧力１ｋｇ／ｃｍ２の圧力で押さえつけた。一方をＡｌＮヒータで加熱した。放熱シート表面に設置した熱電対の温度とＣｕ板の温度から熱抵抗を算出した。
試験条件は、測定時間１０分間、１２Ｗの発熱量にて行った。
熱抵抗は下記の式で算出した。
熱抵抗の測定（℃／Ｗ）＝（発熱体温度−放熱シート）／印加電力
比較として、市販の放熱シート（厚さ１００μｍ）も同様に測定した。
【００２６】
＜比抵抗測定＞
試料の樹脂側面にＡｕ電極を形成して（片面は基板が電極となる）、両面間の比抵抗を測定した。
結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
2009026907.tif 000003
【００２８】
絶縁層の最表面を粘着樹脂層（第二の粘着層）にした場合、熱抵抗は大きく低下した。粘着樹脂の大部分が加工後の穴に入り込んだ結果、Ｃｕ（発熱体）とＺｎＯが近接するとともに、空気による断熱層がなくなり、熱抵抗が低下したためと考えられる。しかし、第二の粘着層厚が厚すぎると熱抵抗は悪くなった。これは第二の粘着層樹脂のうち、穴に入りきらない樹脂が、上部粘着層として残存したためと考えられる。
絶縁層の下部粘着層（第一の粘着層）とフィルム本体の厚さの総和と、柱状セラミックスの長さが近いほど熱抵抗は低下した。これは、接着後のＣｕ（発熱体）とＺｎＯ柱先端の距離が近づくことで熱抵抗が低下したと考えられる。
めっき後のＺｎＯを熱処理すると比抵抗が増大した。また、めっき液にＬｉを含む場合も比抵抗が増大した。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る放熱シートの一例を示す断面図である。
【図２】本発明に係る放熱シートを発熱体に装着した一例を示す断面図である。
【図３】実施例における熱抵抗の測定装置を示す概略図である。
【図１】
2009026907.tif 000004
【図２】
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【図３】
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