(57)【要約】   【課題】  熱源の熱エネルギーを遠赤外線に変換して放射・放熱する機能を備えた熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成し、かつ、耐熱性、付着性、靭性および熱伝導に優れた熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を提供する。  【解決手段】  アルコキシド化合物からなるバインダーと、遠赤外線放射性物質の顔料と、溶媒を備えた熱伝導・放熱・絶縁性塗料において、前記アルコキシド化合物からなるバインダーとして、テトラアルコキシシランに対してトリアルコキシシランを、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシランが５対５から０対１０の割合で配合し、前記アルコキシド化合物の脱水縮合により生じるＳｉ−Ｏネットワークの形成進行を制御しつつＳｉ−ＯＨ基を残存させて塗布する基材との付着力を向上せしめたことを特徴とする。顔料は例えばシリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、マグネシア（ＭｇＯ２）の少なくとも一つの単体またはそれらの化合物である。【選択図】  図１
2009152536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導率の高い金属材料からなる金属箔と、
前記金属箔の表面に塗布された、高い熱伝導性と高い放熱性と高い絶縁性とを兼ね備えた性質を持つ熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜と、
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜の上に設けられた、所望の電子回路を良導体素材パターンにより印刷した電子回路パターンと、
前記電子回路パターン上の所定位置にそれぞれ配された電子回路要素である電子素子部品とを備えた高効率放熱電子機器基板。
【請求項２】
前記電子回路および電子素子部品が前記基板の片面にのみ設けられた片面基板であって、前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜が、前記電子回路および前記電子素子部品が設けられた電子回路形成面のみならず前記電子回路および前記電子素子部品が設けられていない電子回路非形成面にも形成したことを特徴とする、請求項１に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項３】
前記電子回路および電子素子部品が前記基板の両面に設けられた両面基板であり、前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜が、前記基板の両面に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項４】
前記基板が、アルミ箔である請求項１から３のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項５】
前記電子素子部品として、ＬＥＤを含むものである請求項１から４のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項６】
前記電子素子部品として、コンピュータマイクロプロセッサを含むものである請求項１から５のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項７】
前記電子素子部品として、液晶表示素子を含むものである請求項１から６のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項８】
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜が、アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーと、遠赤外線放射性物質の顔料と、溶媒を備えた塗料を塗布・乾燥することにより形成された塗布膜であって、前記アルコキシド化合物の加水分解後、シラノール脱水縮合の進展により形成されるＳｉ−Ｏネットワークおよび残存するシラノール基により構成される被膜により前記熱伝導性と前記放熱性と前記絶縁性とを発揮せしめたものであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項９】
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成する塗料における前記アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーとして、テトラアルコキシシランに対してトリアルコキシシランを、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシランが５対５から０対１０の割合で配合することにより、前記アルコキシド化合物の加水分解後のシラノール脱水縮合により生じる塗料中に存在するＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行うことを特徴とする請求項８に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項１０】
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成する塗料における前記アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーバインダーとして、テトラアルコキシシランに対してトリアルコキシシランとジアルコキシシランを、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシラン：ジアルコキシシランが４.５対４.５対１から７.２対１.８対１の割合で配合し、前記アルコキシド化合物の加水分解後のシラノール脱水縮合により生じる塗料中に存在するＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行うことを特徴とする請求項８に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項１１】
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成する塗料として、前記バインダーにおいて塗布前に液中で十分に分子成長を熟成せしめることにより、塗布環境に対して安定でかつ作業性の高い塗料を用いたものとした請求項８から１０のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項１２】
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成する塗料として、前記バインダーにアミノ基、エポキシ基、アクリル基などを備えた反応性変性オルガノシロキサンを加えることにより常温乾燥を可能とせしめた塗料を用いたものとした請求項８の１０のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項１３】
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成する塗料における顔料が、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ2）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）、コージライトとアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）およびアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の化合物のいずれかを含む第１の顔料を備えたものである請求項１から１２のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項１４】
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成する塗料における前記顔料が、前記第１の顔料に加え、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、三酸化コバルト（Ｃｏ２Ｏ３）、酸化銅（I）（Ｃｕ２Ｏ）、酸化銅（II）（ＣｕＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）またはそれらの化合物のいずれかを含む第２の顔料を備えたものである請求項１３に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項１５】
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成する塗料における顔料として、着色顔料となる酸化チタンまたは酸化亜鉛を含有させるとともに、前記酸化チタン粒子または前記酸化亜鉛粒子の周囲に前記遠赤外線放射性物質の顔料をコーティングせしめたことを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項１６】
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成する塗料における溶媒が、沸点が常温より高い温度のアルコール類であり、
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜において前記溶媒を揮発させることによりポーラス構造を形成せしめたことを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板を含んだ電子制御機器。
【請求項１８】
請求項１から１６のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板を含んだコンピュータシステム。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板を含んだ家庭電化製品。
【請求項１８】
請求項１から１６のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板を含んだ産業機器製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路基板中で集中的に発生する電子素子部品の熱エネルギーを高効率に放熱する機能を備えた高効率放熱電子機器基板の技術分野に関する。従来の放熱板などの機械的構造物とは異なり、塗料を塗布し乾燥させて成膜せしめて形成する機能性膜を利用して放熱する技術に関する。搭載する電子素子は特に限定されず、多様な電子素子部品を搭載した電子機器基板に適用できる技術に関する。また、本発明は高効率放熱電子機器基板を含んだ電子制御機器、コンピュータシステム、家庭電化製品および産業機器製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の電子機器における大きな課題は放熱対策である。電子素子部品は高温となると誤動作したり破壊したりすることがあるため、放熱対策は重要な課題となっている。
放熱対策とは、突き詰めれば、電子素子部品から集中的に発生する熱を如何に素早く拡散させた上で系外に放出できるかということにある。
【０００３】
従来技術において、熱拡散性を重視すれば、電子機器基板として金属基板を用いるものが想定される。金属基板は熱伝導性が高く、電子素子部品から発生する熱を素早く拡散させることが可能と考えられる。
【０００４】
しかし、金属は良導体であるためそのままでは基板に取り付けた電子素子同士がショートしてしまうため電子機器基板として用いることはできない。
例えば、特開２００７−２１４２４９号公報に記載された技術は、電子機器基板を従来のセラミック基板の代わりに金属板を用いたものである。同公報に開示された技術では、電子素子同士のショートを防ぐために、電子素子部品間に絶縁体を設けることが必須であるとされている。ここで、絶縁体は、無機フィラーと熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物とを含んだ絶縁体であると開示されている。無機フィラーは、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＢＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、及びＡｌＮからなる群から選択される少なくとも一種を含むものであり、熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及びイソシアネート樹脂からなる群から選択される少なくとも一種を含むものであると開示されている。
【０００５】
また、例えば、特開２００６−１８６１９７号公報に記載された技術は、発光素子と、複数の発光素子を一方の表面側に搭載すると共に前記発光素子に電力を供給するリードフレームと、前記リードフレームの他方の表面側に隣接するヒートシンクと、前記リードフレームおよび前記ヒートシンクを一体化するとともに前記発光素子を露出する開口を備えた樹脂部とを有する発光装置において、前記ヒートシンクと前記リードフレームとの間には熱伝導性絶縁シートが挟持されている。
同公報に開示された技術では、同公報の図９に示したように電気絶縁性であって熱伝導性の良好な絶縁フィルム９０を挟む構造が開示されている。絶縁フィルム９０としては、ポリイミド等の樹脂フィルムや、セラミックス製のフィラーを分散させたシリコーンフィルム等を用いると開示されている。
【０００６】
また、例えば、特開２００２−１７６２０３号公報に記載された技術は、発光素子と、光反射部材と、該光反射部材と発光素子を覆って発光素子を封止した樹脂とからなり、前記発光素子から出射した光のうち前方の所定領域を外れる光を樹脂界面でほぼ全反射させた後に前記光反射部材で前方に出射させるよう構成した発光デバイスにおいて、前記発光素子と光反射部材とが熱的接触して発光素子の熱を放熱するものが開示されている。放熱部材としてモールド樹脂が開示されている。モールド樹脂６は熱伝導性が良く、リードフレーム２を光反射部材５に近接して封止することで、熱的接触は保たれて放熱効果があるとされている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２１４２４９号公報
【特許文献２】特開２００６−１８６１９７号公報
【特許文献３】特開２００２−１７６２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記従来技術では、皮膜である樹脂自体の熱抵抗がやはり高く、下地の金属材料の熱伝導率を生かしていない状況にある。つまり、金属基板自体の熱伝導能力は優れているが、絶縁の要請から金属基板の上に熱抵抗の大きい有機樹脂被膜などを設けざるを得ず、電子機器基板全体としては熱伝導性が存分には発揮できない構造となっていた。
【０００９】
上記の特開２００７−２１４２４９号公報の技術によれば、高放熱性の絶縁体として無機フィラーと熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物とを含んだ絶縁体が用いられている。無機フィラーが包含されていることで放熱性が向上されているが、全体としては有機樹脂素材で形成されており、やはり、放熱性は十分とはいえず、電子素子部品が集中的に発生する熱を素早く周囲に熱伝導して放熱するための性能を十分に満足するものではない。
【００１０】
次に、特開２００６−１８６１９７号公報の技術によれば、ヒートシンクとリードフレームとの間にポリイミド等の樹脂フィルムやセラミックス製のフィラーを分散させたシリコーンフィルム等の熱伝導性絶縁シートを用いている。高効率放熱部品であるヒートシンクに対して効率的に熱を伝導させることがポイントであるが、その絶縁シートがポリイミド等の樹脂フィルムやセラミックス製のフィラーであり、当該部分は全体としては有機樹脂素材で形成されており、やはり、放熱性は十分とはいえず、電子素子部品が集中的に発生する熱を素早く周囲に熱伝導して放熱するための性能を十分に満足するものではない。また、ヒートシンクを組み合わせることにより電子機器基板の体積が大きくなり装置全体の筐体が大きくなってしまうという問題が発生してしまう。
【００１１】
次に、特開２００２−１７６２０３号公報によれば、発光素子と光反射部材とが熱的接触して発光素子の熱を放熱する構造であり放熱部材としてモールド樹脂が用いられている。モールド樹脂も有機樹脂素材としてやはり放熱性は十分とはいえず、電子素子部品が集中的に発生する熱を素早く周囲に熱伝導して放熱するための性能を十分に満足するものではない。
【００１２】
上記問題点に鑑み、本発明は、電子機器基板の表面などに優れた熱伝導性と放熱性と絶縁性を兼ね備えた塗料膜を形成せしめ、電子素子から発生する熱を素早く熱伝導するとともに放熱し、電子素子部品等の温度上昇を抑えることができる電子機器基板を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の高効率放熱電子機器基板は、
熱伝導率の高い金属材料からなる金属箔と、
前記金属箔の表面に塗布された、高い熱伝導性と高い放熱性と高い絶縁性とを兼ね備えた性質を持つ熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜と、
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜の上に設けられた、所望の電子回路を良導体素材パターンにより印刷した電子回路パターンと、
前記電子回路パターン上の所定位置にそれぞれ配された電子回路要素である電子素子部品とを備えたものである。
【００１４】
ここで、前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜は、アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーと、遠赤外線放射性物質の顔料と、溶媒を備えた塗料を塗布・乾燥することにより形成された塗布膜であって、前記アルコキシド化合物の加水分解後、シラノール脱水縮合の進展により形成されるＳｉ−Ｏネットワークおよび残存するシラノール基により構成される被膜により前記熱伝導性と前記放熱性と前記絶縁性とを発揮せしめたものであることが好ましい。
また、電子回路を構成する良導体素材パターンは例えば銅ペーストやアルミニウムペーストなど電気を通しやすく印刷に適した金属ペーストなどで製作することができる。
【００１５】
上記構成により、高効率放熱電子機器基板の熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜自体にはＳｉ−Ｏネットワークが全体を全通しているのでＳｉ−Ｏネットワークを伝わることにより熱が効率よく運搬され、高い熱伝導率が得られる。さらに、無機鉱物である無機顔料が含まれて固化されているので熱伝導率が落ちることはない。基板が熱伝導率の良い素材であれば、熱が素早く基板全体に拡散し、高効率放熱電子機器基板全体から熱を系外に放出することができる。また、上記高効率熱放射材料をベースとする熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜用塗料は良好な絶縁性を持っているので絶縁性と熱伝導性と放熱性とを兼ね備えたものとなる。
【００１６】
なお、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜の成分は以下のものとすることができる。
まず、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜におけるアルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーの第１の構成として、テトラアルコキシシランに対してトリアルコキシシランを、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシランが５対５から０対１０の割合で配合することにより、前記アルコキシド化合物の加水分解後のシラノール脱水縮合により生じる塗料中に存在するＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行ったものが好ましい。
【００１７】
次に、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜におけるアルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーの第２の構成として、テトラアルコキシシランに対してトリアルコキシシランとジアルコキシシランを、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシラン：ジアルコキシシランが４.５対４.５対１から７.２対１.８対１の割合で配合し、前記アルコキシド化合物の加水分解後のシラノール脱水縮合により生じる塗料中に存在するＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行ったものが好ましい。
【００１８】
上記の高効率放熱電子機器基板を形成する熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜用塗料において、塗料中に存在する強靭なＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成とシラノール基の残存量を制御することができ、高効率放熱電子機器基板に対して絶縁性、放熱性、耐熱性、基材への強い付着性、靭性を同時に与えることができる。また、Ｓｉ−Ｏネットワーク素材をある程度まで形成しておくことにより膜が形成される過程における収縮率が小さくなり残留応力が小さくなり基材への付着力が向上する。
【００１９】
ここで、高効率放熱電子機器基板の熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜用塗料のバインダーにおいて塗布前に液中で十分に分子成長を熟成せしめたものを用いることが好ましい。
上記構成により、塗布環境に対して安定でかつ作業性の高いものとすることができ、高効率放熱電子機器基板において安定した熱伝導・放熱・絶縁性放熱膜を得ることができる。
【００２０】
さらに、高効率放熱電子機器基板の熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜用塗料のバインダーにアミノ基、エポキシ基、アクリル基などを備えた反応性変性オルガノシロキサンを加えることが好ましい。
上記構成により、高効率放熱電子機器基板を常温乾燥にて得ることができ、製作の作業性が向上する。
【００２１】
ここで、反応性変性オルガノシロキサンの例として、アミノ基（アミノエチル-アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノエチル-アミノプロピルトリエトキシシラン、アミノエチル-アミノプロピルメチルメトキシシラン、アミノエチル-アミノプロピルメチルエトキシシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン）、エポキシ基（グリドキシプロピルトリメトキシシラン、グリドキシプロピルトリエトキシシラン、グリドキシプロピルメチルメトキシシラン、グリドキシプロピルメチルエトキシシラン）、アクリル基（メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルエトキシシラン）などがある。
【００２２】
次に、前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成する塗料における顔料の第１の構成として、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ2）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）、コージライトとアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）およびアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の化合物のいずれかを含むものとすることが好ましい。
【００２３】
また、前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成する塗料における顔料の第２の構成として、前記第１の顔料に加え、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、三酸化コバルト（Ｃｏ２Ｏ３）、酸化銅（I）（Ｃｕ２Ｏ）、酸化銅（II）（ＣｕＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）またはそれらの化合物のいずれかを含むものとすることが好ましい。
上記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜用塗料により、これら顔料により遠赤外線放射波長領域において高温領域から低温領域まで効率良い変換を得ることができる。
【００２４】
また、前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成する塗料における顔料の構成として、着色顔料となる酸化チタンまたは酸化亜鉛を含有させるとともに、前記酸化チタン粒子または前記酸化亜鉛粒子の周囲に前記遠赤外線放射性物質の顔料をコーティングせしめたものとすることが好ましい。
【００２５】
酸化チタンまたは酸化亜鉛を含有させれば白色に発色するが、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜の表面積に酸化チタンが表出するので表面積に占める遠赤外線放射顔料が表出する割合が減少することとなり、放射率が低下する。しかし、上記構成により酸化チタン粒子の周囲に遠赤外線放射顔料の化合物によりコーティングしておくことにより白色の着色を確保するとともに放射率を低下させることがなくなる。
【００２６】
次に、前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成する塗料における溶媒は、沸点が常温より高い温度のアルコール類であり、前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜形成の際に前記溶媒を揮発させることによりポーラス構造を形成せしめるものとすることが好ましい。
【００２７】
上記のように膜中にポーラス構造を作り込むことにより膜全体としてさらに優れた靭性を得ることができる。
【００２８】
次に、高効率放熱電子機器基板のベースとなる基板が、アルミ箔であるものとすることが好ましい。
上記構成により、基板自体の熱伝導率は極めて高いものとなり、全体として効率の良い放熱性を備えた高効率放熱電子機器基板を得ることができる。また、基板がフレキシブルで薄く軽いものとなるので、用途が広がる。
【００２９】
本発明の高効率放熱電子機器基板は、電子回路および電子素子部品が基板の片面にのみ設けられたいわゆる片面基板とすることができるが、前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜が前記電子回路および前記電子素子部品が設けられた電子回路形成面のみならず前記電子回路および前記電子素子部品が設けられていない電子回路非形成面にも形成することが好ましい。
【００３０】
上記構成により、電子回路および電子素子部品が設けられていない裏面からも放熱することができ、放熱効率が高くなる。
【００３１】
本発明の高効率放熱電子機器基板は、電子回路および電子素子部品が基板の両面に設けられたいわゆる両面基板とすることができ、前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜が、前記基板の両面に形成することが好ましい。
【００３２】
次に、本発明の高効率放熱電子機器基板は多様なものに適用できる。
例えば、前記電子素子部品として、ＬＥＤを含むものであるものとすることができる。
また、例えば、前記電子素子部品として、コンピュータマイクロプロセッサを含むものとすることができる。
また、例えば、前記電子素子部品として、液晶表示素子を含むものとすることができる。
例えば、記載の高効率放熱電子機器基板を含んだ電子制御機器を提供することができる。
例えば、記載の高効率放熱電子機器基板を含んだコンピュータシステムを提供することができる。
また、例えば、記載の高効率放熱電子機器基板を含んだ家庭電化製品を提供することができる。
また、例えば、記載の高効率放熱電子機器基板を含んだ産業機器製品を提供することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の高効率放熱電子機器基板によれば、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜にはＳｉ−Ｏネットワークが全体を全通しているのでＳｉ−Ｏネットワークを伝わることにより熱が効率よく運搬され、高い熱伝導率が得られる。さらに、無機鉱物である無機顔料が含まれて固化されているので熱伝導率が落ちることはない。
【００３４】
基板が熱伝導率の良い素材、たとえば、アルミ箔であれば、熱が素早く基板全体に拡散し、高効率放熱電子機器基板全体から熱を系外に放出することができる。また、上記高効率熱放射材料をベースとする熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜用塗料は良好な絶縁性を持っているので絶縁性と熱伝導性と放熱性とを兼ね備えたものとなる。また、極めて薄く軽くフレキシブルな基板となる。
【００３５】
また、アルコシキシドバインダーの組成を工夫することにより、塗料中に存在する強靭なＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成とシラノール基の残存量を制御することができ、絶縁性、放熱性、耐熱性、基材への強い付着性、靭性を同時に得ることができる。また、Ｓｉ−Ｏネットワーク素材をある程度まで形成しておくことにより膜が形成される過程における収縮率が小さくなり残留応力が小さくなり基材への付着力が向上する。
【００３６】
いわゆる片面基板の電子機器基板に本発明を適用する際、電子回路および電子素子部品が設けられていない裏面にも熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を設けておくことにより基板を介して裏面の熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜に伝達された熱を裏面からも放熱することができ、放熱効率が高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の高効率放熱電子機器基板およびその形成方法の実施例を説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施例に示した具体的な用途、形状、個数などには限定されないことは言うまでもない。
【実施例１】
【００３８】
実施例１にかかる本発明の第１の高効率放熱電子機器基板の例を示す。一例として片面基板においてＬＥＤを搭載した電子機器基板に適用した例を示す。
【００３９】
図１は、本発明の第１の高効率放熱電子機器基板の構成例を示す図である。
図１の構成例では、高効率放熱電子機器基板１００は、基板１０、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０、電子回路パターン３０、電子素子部品４０を備えている。
本実施例１の構成例では、電子回路３０および電子素子部品４０が基板１０の片面にのみ設けられた片面基板の例である。熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０が、電子回路３０および電子素子部品４０が設けられた電子回路形成面のみならず電子回路３０および電子素子部品４０が設けられていない電子回路非形成面にも形成された例となっている。
【００４０】
基板１０は、熱伝導率の高い材料からなる基板であり、例えば、アルミ箔である。つまり、基板１０はフレキシブル性に富み、薄く軽いものとすることができる。
【００４１】
熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０は、基板１０の表面に塗布され、熱伝導性、放熱性、絶縁性とを兼ね備えた性質を持つ高効率熱放射材料をベースとした熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜である。この構成例では、ＬＥＤを搭載した片面基板の表面側のみならず、裏面側にも熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０が形成されている。
この熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０については詳しく後述する。
【００４２】
電子回路パターン３０は、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０の上に設けられた所望の電子回路を良導体素材パターンにより描いたものである。この例ではＬＥＤ駆動用の電子回路パターンを銅ペーストで印刷したものとなっている。熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０は高い絶縁性を備えているので電子回路パターン３０と基板１０が電気的に短絡されることはない。つまり、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０が高い絶縁性を持っていることが重要である。
【００４３】
電子素子部品４０は、電子回路パターン３０上の所定位置にそれぞれ配された電子回路要素である電子素子部品であり、この例ではＬＥＤであり、駆動により発熱する熱源となりうるものである。なお、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０は高い絶縁性を備えているので電子素子部品４０が基板１０を介して短絡されることはない。
【００４４】
上記構成の高効率放熱電子機器基板１００では、電子素子部品４０の駆動により発生した熱は以下のように放熱される。
電子素子部品４０であるＬＥＤから電子回路パターン３０を介して熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０に伝導される。熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０の熱は熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０が持つ熱伝導性により面的に拡がってゆくが、基板１０であるアルミ箔にも受け渡される。基板１０であるアルミ箔は極めて高い熱伝導性を備えているので、素早く基板１０であるアルミ箔全体に熱が拡散してゆく。一部の熱は片面基板の裏面側（電子素子部品が搭載されていない側）にも伝導される。
【００４５】
熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０は後述するように高い放熱性を備えているので、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０の表面全体から系外に放出される。片面基板の裏面側においても裏面側に伝導された熱が裏面に設けられた熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０の表面全体から系外に放出される。
この熱伝導および放熱の様子は図１（ｂ）に示している。
このように、本発明の高効率放熱電子機器基板１００は電子素子部品の熱が効率よく系外に放出される仕組みとなっている。
【００４６】
次に、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０を詳しく説明する。
熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０は、下記の熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜塗料を基板１０上に塗布・乾燥して形成した被膜である。
【００４７】
本発明の熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜塗料は、アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーを用いる。バインダーはまずアルコキシド化合物の加水分解によりシラノール基が生成され、その後シラノール脱水縮合反応が進んでＳｉ−Ｏネットワークが形成されて行く。このシラノール脱水縮合の進展により形成されるＳｉ−Ｏネットワークおよび残存するシラノール基により構成される被膜により熱伝導性と放熱性と絶縁性とが発揮される。また、顔料が高効率熱放射性物質を含んでおり顔料による放熱性も発揮される。
【００４８】
なお、塗布前の塗料状態において、アルコキシドの加水分解は速やかに促進された方が良いが、その後にシラノールの脱水縮合が進みすぎるおそれに注意する必要がある。塗料の状態でシラノールの脱水縮合が進みすぎると塗布前にＳｉ−Ｏネットワークが多数形成され、塗布後に乾燥して形成された塗布膜が脆くなったりクラックが入りやすくなったりして基材への付着力が小さくなってしまうという問題が発生するからである。
【００４９】
一方、シラノールの脱水縮合反応が十分ではない場合、つまり、塗料状態においてシラノールリッチの状態では、塗布後に膜が形成されてゆく過程で多くの脱水縮合が進んで行くこととなり、脱水縮合が進むと膜が収縮して行くこととなり収縮率が大きくなってしまい、塗布した膜が剥がれ落ちるという不具合が起こる。
【００５０】
以上から、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０を形成する熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜塗料は、アルコキシドの加水分解は完全に終了せしめ、シラノール脱水縮合反応は適切量進めた後に脱水縮合反応を抑止することにより、脱水縮合により生じる塗料中に存在するＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行ったものとすることが好ましい。これにより塗布前に適切量のＳｉ−Ｏネットワーク素材を形成しておき、塗布後に新たに脱水縮合により形成されるＳｉ−Ｏネットワーク量を少なくして収縮率が大きくなることを抑えつつ、残存するＳｉ−ＯＨ基により基材との付着力を確保せしめる。
【００５１】
バインダーの組成の例について述べる。
第１の熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜用塗料のバインダー組成は、アルコキシド化合物からなるバインダーとして、テトラアルコキシシランとトリアルコキシシランを所定割合で混合したものとなっている。
その混合割合は、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシランが５対５から０対１０の割合が好ましい。
第２の熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜用塗料のバインダー組成は、アルコキシド化合物からなるバインダーとして、テトラアルコキシシランとトリアルコキシシランとジアルコキシシランを所定割合で混合したものとなっている。
その混合割合は、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシラン：ジアルコキシシランが４.５対４.５対１から７.２対１.８対１の割合が好ましい。
【００５２】
Ｓｉ−ＯＨ官能基を４つ備えたテトラアルコキシシランとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等が挙げられる。
Ｓｉ−ＯＨ官能基を３つ備えたトリアルコキシシランとしては、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリエチルメトキシシラン、トリエチルエトキシシラン、トリフェニルメトキシシラン、トリフェニルエトキシシラン、トリメチルプロポキシシラン、トリエチルプロポキシシランなどが挙げられる。
Ｓｉ−ＯＨ官能基を２つ備えたジアルコキシシランとしては、ジチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシランなどが挙げられる。
【００５３】
アルコキシド化合物としてこれらを組み合わせて用いる。組み合わせで好ましいのはジメチルメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン及びテトラメトキシシランの組合せ、またはジメチルエトキシシラン、トリメチルエトキシシラン及びテトラエトキシシランの組合せである。
【００５４】
本発明では、アルコキシド化合物の加水分解後の脱水縮合により生じる塗料中に存在するＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行い、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０の絶縁性と熱伝導性と放熱性を確保する。
【００５５】
Ｓｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御の原理は以下の通りである。
アルコキシド化合物同士は加水分解によりシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ官能基）が生成され、Ｓｉ−ＯＨ官能基の脱水縮合によりＳｉ−Ｏネットワークの形成が進行してゆく。Ｓｉ−ＯＨ官能基を４つ持つテトラアルコキシシランはＳｉ−ＯＨ官能基を多く持つので、脱水縮合を促進させればＳｉ−Ｏネットワークの形成進行が速く、早期にゲル化する。テトラアルコキシシランのみでバインダーを形成するとほぼ完全にＳｉ−ＯＨ官能基が消費され、Ｓｉ−Ｏネットワークが形成される。Ｓｉ−ＯＨ官能基を３つ持つトリアルコキシシランもＳｉ−ＯＨ官能基を持つので、脱水縮合を促進させればＳｉ−Ｏネットワークの形成が進行し、ゲル化する。トリアルコキシシランのみでバインダーを形成すると粒子間のＳｉ−ＯＨ官能基の存在が均等になるので、ほぼ完全にＳｉ−ＯＨ官能基が消費された状態でＳｉ−Ｏネットワークが形成される。
【００５６】
Ｓｉ−ＯＨ官能基を２つ持つジアルコキシシランもＳｉ−ＯＨ官能基を持つので、脱水縮合を促進させればＳｉ−Ｏネットワークの形成が進行し、ゲル化する。ジアルコキシシランのみでバインダーを形成すると同様にほぼ完全にＳｉ−ＯＨ官能基が消費された状態でＳｉ−Ｏネットワークの形成が形成される。しかし、ジアルコキシシランはＳｉ−ＯＨ官能基が２つしかなく、脱水縮合によって直鎖状にＳｉ−Ｏネットワークが形成されてしまい、堅牢性が小さくなる。
【００５７】
本発明では、Ｓｉ−Ｏネットワークによる堅牢な膜形成を目指すだけではなく、Ｓｉ−Ｏネットワークの形成を進行させつつもＳｉ−ＯＨ官能基をすべては消費させずに残存させるように制御する。残存したＳｉ−ＯＨ官能基により金属プレートなどの基材のＯＨ基との間の結合エネルギーにより基材と強力な付着力をもたらす。
つまり、Ｓｉ−ＯＨ官能基を２つ持つアルコキシド化合物、Ｓｉ−ＯＨ官能基を３つ持つアルコキシド化合物、Ｓｉ−ＯＨ官能基を４つ持つアルコキシド化合物を、所定割合で混ぜ合わせると、アルコキシド分子間でＳｉ−ＯＨ官能基の数に不均衡があるため、反応する相手となるＳｉ−ＯＨ官能基がなく、いわば浮いてしまうＳｉ−ＯＨ官能基が多数出てくるので脱水縮合が一気には進まなくなる。
【００５８】
ただし、長期間放置していると、浮いているＳｉ−ＯＨ同士の脱水縮合反応が進んでくるので残存するＳｉ−ＯＨ官能基の量は漸減して行くが、上記のように２官能のアルコキシド化合物、３官能のアルコキシド化合物、４官能のアルコキシド化合物の割合を調整すれば、当初、脱水縮合は早期に進むもののＳｉ−ＯＨ官能基の数が不均衡状態に陥ってからは脱水縮合に急速にブレーキがかかることとなる。
【００５９】
後述するように、良好な熱伝導性、放熱性、絶縁性、付着性を備えた膜が形成される配合について実験を重ねて２官能のアルコキシド化合物、３官能のアルコキシド化合物、４官能のアルコキシド化合物の配合割合を見出した。
【００６０】
ここで、バインダーにおいて塗布前に液中でアルコキシドバインダーの加水分解後のシラノール反応による十分な分子成長を熟成せしめることが好ましい。十分に熟成させて適切量のＳｉ−Ｏネットワークを得ておくことで塗布環境に対して安定でかつ作業性の高いものとなり、一液性としてより安定した塗料となるからである。
【００６１】
次に、バインダーに対する他の工夫として、また、バインダーにアミノ基、エポキシ基、アクリル基などを備えた反応性変性オルガノシロキサンを加えておくことにより常温乾燥に適したものとする工夫がある。
たとえば、反応性変性オルガノシロキサンの例として、アミノ基（アミノエチル-アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノエチル-アミノプロピルトリエトキシシラン、アミノエチル-アミノプロピルメチルメトキシシラン、アミノエチル-アミノプロピルメチルエトキシシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン）、エポキシ基（グリドキシプロピルトリメトキシシラン、グリドキシプロピルトリエトキシシラン、グリドキシプロピルメチルメトキシシラン、グリドキシプロピルメチルエトキシシラン）、アクリル基（メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルエトキシシラン）などがある。
【００６２】
以上の成分に調整した熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜用の塗料を用いて形成した、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０について、実際に塗料を形成し、種々の性能実験を行った。
まず、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０について、付着性試験を行い、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０が安定して基板上に付着している条件について実験し、次に、熱伝導性試験、放熱性試験、絶縁性試験を行い、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０が良好な熱伝導性、放熱性、絶縁性を備えていることを検証する。
【００６３】
［付着性実験］
付着性実験に用いた熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜用塗料のバインダー組成
実験に用いた熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜用塗料のバインダー組成は、４官能基を備えたテトラアルコキシシランとしてモメンティブマテリアル社製のテトラメトキシシランを用いた。また、３官能基を備えたバインダーのトリアルコキシシランとしてモメンティブマテリアル社製のトリメチルメトキシシランを用いた。また、２官能基を備えたジメトキシシランとしてモメンティブマテリアル社製のジメチルメトキシシランを用いた。テトラメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、ジメチルメトキシシランの配合を変えてそれぞれ製作した。
【００６４】
加水分解に用いた水の量は、アルコキシド化合物１モルに対して水０．８〜１．４モルとした。水が０．８モル以下ではＳｉ−ＯＨ基の発生が十分でなく膜の硬度が上がらず、１．４モル以上ではＳｉ−ＯＨ基が多くなり、シラノールの分子結合が大きくなり、ゲル化が進展し、クラックが生じやすくなるからである。触媒としての酸の量は有機酸、無機酸何れの場合も、加水分解を起こすのに十分な量を用いた。
【００６５】
サンプルのそれぞれに含まれるジメチルメトキシシラン（２官能）、トリメチルメトキシシラン（３官能）、テトラメトキシシラン（４官能）の配合を［表１］に示す。
【００６６】
【表１】
2009152536.tif 000003
【００６７】
−熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成する基材
アルミブラスト処理を行ったアルミプレートと、ステンレスブラスト処理を行ったステンレスプレートを用いた。
【００６８】
−付着性実験の手法
付着性実験は、ＪＩＳ−Ｋ５６００−５−６の手法により碁盤目テストを行った。実験は３回行った。アルミブラスト処理を行ったアルミプレートに対する付着実験結果を［表２］に示す。
【００６９】
【表２】
2009152536.tif 000004
【００７０】
注１：その他のアルコキシドとしてエトキシ基、フェニル基もあるが、エトキシ基はメトキシ基と反応スピードの違いなので省略し、フェニルは硬度が劣るので省略し、メチル基のみでテストを実施した。
注２：反応はアルコキシド１モルに対して水２．５〜４．５モル、望ましくは３．３モル、酸の量を十分入れ、顔料比率７０％とし、膜厚を２５μ±３μにして実施。
注３：分散溶媒はエタノール、イソプロピルアルコールを配合した物を使用した。
注４：分散は０．７ｍｍのガラスビーズを使用した。分散後粒度はＤ５０で０．３５ミクロン。
注５：焼成条件は１８０℃で２０分。基板はアルコール脱脂のみのアルミ板を使用した。試験片は７．５ｍｍｗ×１５．０ｍｍｌ×１．０ｍｍｔを各３枚。（評価は全数クリアー）
注６：塗布方法はスプレーコート。
注７：膜厚は１５μ〜２０μ、測定方法はマイクロメーター。
【００７１】
上記付着性実験から、テトラアルコキシシランとトリアルコキシシランを混合したバインダーである配合１から配合３の実験結果より、混合割合は配合１から配合２の混合割合が良いことが実証できた。つまり、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシランが５対５から０対１０の割合が好ましい。
【００７２】
また、上記付着性実験から、テトラアルコキシシランとトリアルコキシシランとジアルコキシシランを混合したバインダーである配合４から配合９の実験結果より、混合割合は配合４から配合５の混合割合が良いことが実証できた。つまり配合６のように３官能基の割合が減ると付着性が劣り、また、配合７から配合９のように２官能基の割合が増えても付着性が劣る。つまり、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシラン：ジアルコキシシランが４.５対４.５対１から７.２対１.８対１の割合が好ましい。
【００７３】
以上、本発明の絶縁放熱塗料のバインダーの組成を上記の割合となるように工夫すれば、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０の付着性が大きくなるように、Ｓｉ−Ｏネットワークと残存するＳｉ−ＯＨ基の量を制御できる。
【００７４】
［熱伝導試験］
熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０において、高い熱伝導率が得られていることを確認した。
−熱伝導試験に用いた高効率熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜のバインダー組成
熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜のバインダー組成は、付着性実験に用いたバインダー組成と同じものとした。
【００７５】
−熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０を形成する基板
アルミブラスト処理を行ったアルミプレート（１５０ｍｍ×７５ｍｍ×１．０ｍｍ）を用いた。
−熱伝導性試験の手法
アルミプレートの半分に熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０を形成し、残り半分は熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０は形成せずアルミプレートが剥き出しのままとする。アルミプレートの裏面から加熱し、アルミプレートの表面の温度分布を測定した。
【００７６】
本発明の熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜では、Ｓｉ−Ｏネットワークが膜全体を全通しているので熱伝導率が高く、ポーラス構造にかかわらずコージライト、アルミナ、シリカ、ジルコニアという無機鉱物である無機顔料が含まれて固化されているので熱伝導率が高い。実際に熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２の試料片を用いて熱伝導率を計測したところ、２Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率が得られていた。
【００７７】
［放熱性試験］
次に、放熱膜としての機能、つまり、発熱体から受けた熱エネルギーの遠赤外線エネルギーへの変換効率について検証する。本発明の熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜用塗料において、含有されている顔料は形成した膜において遠赤外線放射機能を与えるものである。それゆえに顔料の配合が重要である。
高い熱放射率を実現するためには、熱線波長領域の全範囲にわたって、放射率が１００％に近く、さらに放射輝度が当該温度における黒体輻射に近い放射スペクトルを持つこと必要がある。
【００７８】
第１の顔料として、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ2）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）、コージライトとアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）およびアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の化合物のいずれかを含むものとする。これらは、熱拡散性が高く放熱性を有する上、熱膨張率が５×１０−６〜１０．５×１０−６であり、比較的大きいので、顔料として含有させてシート状に成形しても、膜も金属の挙動と同様な挙動をする。それゆえ、膜中に引っ張り応力が発生せず、高温域でも安定した放熱性が得られる。しかも、絶縁性も得られる。なお、カーボンを一定量以上入れることにより容易に導電性が得られる。特に４５０℃までの大気中、または高温真空炉、或いは不活性ガス等の雰囲気炉中で従来不可能とされていたカーボンの面状発熱体が使用可能となる。
【００７９】
上記の第１の顔料に対して、以下の第２の顔料を加える工夫も好ましい。第２の顔料は、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、三酸化コバルト（Ｃｏ２Ｏ３）、酸化銅（I）（Ｃｕ２Ｏ）、酸化銅（II）（ＣｕＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）またはそれらの化合物のいずれかを含むものである。
【００８０】
なお、顔料の粒度は、膜の平滑性や綴密性、強度を考慮して、顔料の粒度は溶媒分散後で平均粒度で０．５μ以下が望ましい。
【００８１】
アルコキシドと顔料の割合は、１５〜４５体積％が妥当である。１５％以下では膜の靭性が低下し堅牢さが失われる。４５％を超えると、脱水縮合による乾燥収縮量が多く、高温下でクラックが発生しやすく、所望の放熱性が得がたい。
【００８２】
膜の厚みは、基材や発熱体と膜が強固に付着し、且つ、両者の熱膨張差が非常に近い場合でも、膜が厚くなりすぎると、クラックが発生する。それは、Ｓｉ−ＯＨが脱水縮合するときに起こる収縮現象が原因である。膜厚は、バインダーの含有量にもよるが、３０μ以下が望ましい。特にアルコキシド化合物の脱水縮合物の全固形物（即ちＳｉ−ＯＨから生じるＳｉＯ２と混合したときの無機顔料成分の合計）にしめる割合が４５体積％の場合、８００℃でクラックの発生を防ぐ為には１０μ前後が好ましい。膜厚が３０μを超えると、膜が脆くなり、長時間の使用に耐えられなくなる。そのため、アルコキシド化合物の脱水縮合物の割合は３０体積％以下が望ましい。
【００８３】
サンプルとして顔料を［表３］のように配合した熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜用塗料２を作製し、遠赤外線放射実験を行った。
焼成条件は１８０℃で２０分間焼き付けた。
膜厚はマイクロメーターの測定により２０μ〜２６μのものが焼成できた。
測定は遠赤外線応用研究会によった。
測定温度は６０℃とした。
測定機種はＪＩＲ−Ｅ５００を用いた。
測定条件は、分解能１６ｃｍ−１、積算回数２００回
検知器はＭＣＴである。
【００８４】
【表３】
2009152536.tif 000005
【００８５】
本発明の第１の顔料である、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ2）、、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、マグネシア（ＭｇＯ２）のうち、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２ではシリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、マグネシア（ＭｇＯ２）とした。酸化チタンは着色顔料として配合し、塗料全体の色を白色に着色した。バインダーは３官能基を備えたトリメチルメトキシシランと４官能基を備えたテトラメトキシシランを配合した。
【００８６】
上記構成の組成を持つ熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜試料２を用いて放射率と放射輝度測定を行った。
図２は熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜試料２の放射率である。
図３は熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜試料２の放射輝度スペクトルである。
放射輝度は、５４０.０６ｋｃａｌ／ｍ２・ｈｒであった。
図３に見るように、低温の波長領域から高温の波長領域まで良好な放射輝度スペクトルが得られており、放熱性は、４μ〜２４μの波長域での放射率は８５％以上の放射率を有することが分かった。高い遠赤外線変換効率が得られていることが実証できた。
【００８７】
［絶縁性試験］
次に、絶縁膜としての機能、つまり、基板１０と電子回路パターン３０および電子素子部品４０との絶縁性について検証する。
実験は、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０に対して電圧を印加してゆき、その絶縁性を確認することにより行ったところ、電子回路基板として要求される程度の絶縁性は得られていることが確認できた。実際に高効率放熱電子機器基板として熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０上に電子回路を形成しても十分に絶縁が保たれていることが確認できた。
【００８８】
［耐熱性試験］
熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜試料２を８００℃に熱し、水で急冷却するという処理を繰り返して、クラックが入るか否かを試験した。
加熱はバーナーで８００℃まで加熱した。冷却は冷水にて急速に冷却した。この加熱・冷却を５回繰り返した。
結果を［表４］に示す。
【００８９】
【表４】
2009152536.tif 000006
【００９０】
［表面硬度試験］
本発明の熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜の耐摩耗性を調べるために熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜試料２を用いて表面硬度テストも行った。
硬度テストの方法は、ＪＩＳ−Ｋ−５−４に準じた。
実験にはアルミプレートに焼成したものを用いた。
表面硬度テストの結果を［表５］に示す。
【００９１】
【表５】
2009152536.tif 000007
【００９２】
なお、上記において、アルコキシド化合物と顔料の割合は、１５〜４５体積％が妥当であると指摘したが、実験にて実証した。バインダーであるアルコキシド化合物は熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜用塗料２と同様、トリメチルメトキシシランとテトラメトキシシランの混合とし、顔料の体積％を変えたサンプルを製作し、表面硬度テストを行うことにより妥当な割合を検証した。
【００９３】
【表６】
2009152536.tif 000008
【００９４】
注１：アルコキシド化合物は代表例としてトリメチルメトキシシラン６６．７重量％、テトラメトキシシラン３３．５重量％、ジメチルメトキシシラン４，８重量％でテスト。
注２：各反応条件、分散条件、縮合脱水条件、膜厚、基材は前記テストに準じる。
注３：使用顔料は平均１次粒子径０．１５μのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、平均１次粒子径０．５μのカオリン、１０〜２０ｎのシリカ（ＳｉＯ２）をそれぞれ３０体積％、６５体積％、５体積％配合したものを使用した。
注４：分散溶媒はエタノール、イソプロピルアルコールを配合した物を使用した。
注５：分散は０．７ミリ径のガラスビーズを用いたビーズミルで１時間実施した。その時の平均粒皮は０．３５μであった。
注６：○は硬度７Ｈ以上、曲げ２０Ｒ可、碁盤目テスト問題なし、△は硬度７Ｈまで、碁盤目テスト間題なし、Ｘは、膜が脆くクラック発生。
以上、アルコキシド化合物と顔料の割合は１５〜４５体積％が妥当であると実証できた。
【００９５】
［耐腐食性試験］
本発明の熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜の耐腐食性も調べるために熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜試料２を用いて塩水噴霧試験と水浸試験も行った。
塩水噴霧試験の方法は、ＪＩＳ−Ｋ５６００−７−１に準じた。
測定はステンレスプレートのものを用いた。
塩水噴霧の放置時間は５００時間とした。
塩水噴霧試験の結果を［表７］に示す。
【００９６】
【表７】
2009152536.tif 000009
【００９７】
水浸試験の方法は、ＪＩＳ−Ｋ５６００−６−２に準じた。
測定はアルミプレートのものを用いた。
水浸の放置時間は５００時間とした。
水浸試験の結果を［表８］に示す。
【００９８】
【表８】
2009152536.tif 000010
【００９９】
以上、塩水噴霧試験と水浸試験の結果から、本発明の熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜の耐腐食性が大きいことが実証できた。
【０１００】
以上、実施例１にかかる本発明の熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜および熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜により塗布・形成した熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜は、バインダーの付着力が大きく、顔料も遠赤外線放射効率が高く、表面硬度が大きく、耐腐食性、耐熱性に優れたものである。また、本発明の熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜用塗料は１液性でありながらアルコキシド系バインダーの脱水縮合反応を制御することがき、ポットライフが長くかつ取り扱いが容易な１液性塗料として提供できる。
【実施例２】
【０１０１】
実施例２は、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜用塗料の顔料において、着色顔料として酸化チタンを含有させるとともに、酸化チタン粒子の周囲に遠赤外線放射性物質の顔料をコーティングせしめたことを特徴とするものである。
【０１０２】
熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜用塗料の顔料粒子は塗布膜の形成段階において、一部が表面上に表出する。遠赤外線放射性物質である顔料は熱源から受けた熱エネルギーを遠赤外線エネルギーに変換して放射する。
【０１０３】
ここで、形成される熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜が製品の筐体など目に触れる箇所である場合などにおいては、塗料の色が見た目にきれいな色となるよう要求がある。そこで、塗料を綺麗に発色させるため着色用の顔料を混合させるニーズがある。この場合、着色用に配合された酸化チタンや酸化亜鉛などの顔料粒子が、遠赤外線への変換効率に寄与するものでなければ熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜の放熱機能を低下させる要因となりうる。
【０１０４】
実施例１の遠赤外線放射実験で製作した熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜用塗料２に用いられている酸化チタン（石原産業製  Ａ−１００）は、特に表面に何もコーティングが施されていないものであった。図４は、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜用塗料２を用いて形成した熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜の表面の様子を模式的に拡大して示した図である。顔料粒子を模式的に大きく示している。図４に見るように、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜の表面には遠赤外線放射性物質である顔料とともに酸化チタン粒子が表出している。この酸化チタン粒子が表出している部分は遠赤外線放射機能を発揮しないので遠赤外線放射効率が低下することとなる。実際、図２、図３に見るように、高温領域（５〜８μｍ）においてスペクトルが低下している部分が見られる。
【０１０５】
実施例２にかかる本発明の熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜用塗料は、着色顔料として酸化チタンを含有させるとともに、酸化チタン粒子の周囲に遠赤外線放射性物質の顔料をコーティングせしめている。後述する熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０に用いられている酸化チタン（石原産業製  Ｒ−９５）は、表面に粒度の細かいシリカがコーティングされているものである。
【０１０６】
図５は、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０を用いて形成した熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜の表面の様子を模式的に拡大して示した図である。熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０においてその表面に酸化チタン粒子が表出している部分からもその酸化チタン粒子の表面にコーティングされた遠赤外線放射性顔料の働きにより遠赤外線放射機能が発揮されることとなる。なお、酸化チタン粒子の表面にコーティングするためにコーティングする遠赤外線放射性顔料は酸化チタンの粒度よりも十分に細かい粒度とする必要がある。つまり、着色用の顔料が酸化チタンのコーティング処理をしているか否か以外の諸条件は実施例１とまったく同じ条件にて実験した。
【０１０７】
つまり、焼成条件は１８０℃で２０分間の焼き付け、膜厚は２０μ〜２６μ、測定温度は６０℃、測定機種はＪＩＲ−Ｅ５００、測定条件は、分解能１６ｃｍ−１、積算回数２００回、検知器はＭＣＴである。
サンプルとして顔料を［表９］のように配合した熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０を作製し、遠赤外線放射実験を行った。
【０１０８】
【表９】
2009152536.tif 000011
【０１０９】
遠赤外線放射顔料としては、本発明の第１の顔料である、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ2）、、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）、コージライトとアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）およびアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の化合物のいずれかを含む第１の顔料のうち、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、マグネシア（ＭｇＯ２）を顔料とした。
着色用顔料としては、表面に粒度の細かいシリカがコーティングされている酸化チタン（石原産業製  Ｒ−９５）を用いている。
バインダーは３官能基を備えたトリメチルメトキシシランと４官能基を備えたテトラメトキシシランを配合した。
【０１１０】
上記構成の組成を持つ熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０を用いて放射線測定を行った。
図６は熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０を用いた放射線測定結果である。
図７は熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０が発する放射スペクトルである。
図２、図３と、図６、図７を比べるとあきらかに、高温領域（５〜８μｍ）においてスペクトルが改善されている部分が見られる。
【０１１１】
このスペクトル改善は、酸化チタンの表面のシリカのコーティングの有無によりもたらされているので、着色用の顔料を配合する場合、当該着色用の顔料の表面に遠赤外線放射顔料をコーティングせしめることにより、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜において遠赤外線放射機能が改善されることが実証できた。
【実施例３】
【０１１２】
実施例３にかかる熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜用の塗料は、遠赤外線放射顔料として、スペクトル波長領域において高温領域から低温領域まで効率良い変換を得るため、低温領域にて放射能率が高い第１の遠赤外線顔料に加え、特に高温領域にて放射能率が高い第２の遠赤外線顔料を添加したものである。
【０１１３】
第１の顔料が、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ2）、、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）、コージライトとアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）およびアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の化合物のいずれかを含む顔料である。
第２の顔料が、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、三酸化コバルト（Ｃｏ２Ｏ３）、酸化銅（I）（Ｃｕ２Ｏ）、酸化銅（II）（ＣｕＯ）の少なくとも一つの単体またはそれらの化合物を含む顔料である。
【０１１４】
このように、低温領域にて放射能率が高い第１の遠赤外線顔料に加え、特に高温領域にて放射能率が高い第２の遠赤外線顔料を添加することにより、スペクトル波長領域において高温領域から低温領域まで効率良い変換効率を達成することができる。
【実施例４】
【０１１５】
実施例４はいわゆる両面基板に関する実施例である。
電子回路３０および電子素子部品４０が基板１０の両面に設けられた両面基板においても実施例１の片面基板の場合と同様、熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０が基板１０の両面に形成された例であっても同じように適用することができる。
【実施例５】
【０１１６】
本発明の高効率放熱電子機器基板は多様なものに適用できる。
例えば、電子素子部品として、ＬＥＤを含むものであるものとすることができる。
また、例えば、電子素子部品として、コンピュータマイクロプロセッサを含むものとすることができる。
また、例えば、電子素子部品として、液晶表示素子を含むものとすることができる。
例えば、高効率放熱電子機器基板を含んだ電子制御機器を提供することができる。
例えば、高効率放熱電子機器基板を含んだコンピュータシステムを提供することができる。
また、例えば、高効率放熱電子機器基板を含んだ家庭電化製品を提供することができる。
また、例えば、高効率放熱電子機器基板を含んだ産業機器製品を提供することができる。
【０１１７】
以上、本発明の好ましい実施形態を図示して説明してきたが、本発明は、熱エネルギーを遠赤外線エネルギーに変換する放熱膜に広く適用することができる。
本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の高効率放熱電子機器基板の構成例を示す図
【図２】熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０に関する放射線測定結果を示す図
【図３】熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０が発する放射スペクトルを示す図
【図４】熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０を用いて形成した膜の表面の様子を模式的に拡大して示した図
【図５】熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０を用いて形成した膜の表面の様子を模式的に拡大して示した図
【図６】熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０を用いた放射線測定結果を示す図
【図７】熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜２０が発する放射スペクトルを示す図
【符号の説明】
【０１１９】
１０  基板
２０  熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜
３０  電子回路パターン
４０  電子素子部品
１００  高効率放熱電子機器基板
【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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【手続補正書】
【提出日】平成20年8月22日(2008.8.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導率の高い金属材料からなる金属箔と、
前記金属箔の表面に塗布された、高い熱伝導性と高い放熱性と高い絶縁性とを兼ね備えた性質を持つ熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜と、
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜の上に設けられた、所望の電子回路を良導体素材パターンにより印刷した電子回路パターンと、
前記電子回路パターン上の所定位置にそれぞれ配された電子回路要素である電子素子部品とを備えた高効率放熱電子機器基板。
【請求項２】
前記電子回路および電子素子部品が前記基板の片面にのみ設けられた片面基板であって、前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜が、前記電子回路および前記電子素子部品が設けられた電子回路形成面のみならず前記電子回路および前記電子素子部品が設けられていない電子回路非形成面にも形成したことを特徴とする、請求項１に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項３】
前記電子回路および電子素子部品が前記基板の両面に設けられた両面基板であり、前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜が、前記基板の両面に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項４】
前記基板が、アルミ箔である請求項１から３のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項５】
前記電子素子部品として、ＬＥＤを含むものである請求項１から４のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項６】
前記電子素子部品として、コンピュータマイクロプロセッサを含むものである請求項１から５のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項７】
前記電子素子部品として、液晶表示素子を含むものである請求項１から６のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項８】
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜が、アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーと、遠赤外線放射性物質の顔料と、溶媒を備えた塗料を塗布・乾燥することにより形成された塗布膜であって、前記アルコキシド化合物の加水分解後、シラノール脱水縮合の進展により形成されるＳｉ−Ｏネットワークおよび残存するシラノール基により構成される被膜により前記熱伝導性と前記放熱性と前記絶縁性とを発揮せしめたものであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項９】
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成する塗料における前記アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーとして、テトラアルコキシシランに対してトリアルコキシシランを、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシランが５対５から０対１０の割合で配合することにより、前記アルコキシド化合物の加水分解後のシラノール脱水縮合により生じる塗料中に存在するＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行うことを特徴とする請求項８に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項１０】
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成する塗料における前記アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーバインダーとして、テトラアルコキシシランに対してトリアルコキシシランとジアルコキシシランを、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシラン：ジアルコキシシランが４.５対４.５対１から７.２対１.８対１の割合で配合し、前記アルコキシド化合物の加水分解後のシラノール脱水縮合により生じる塗料中に存在するＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行うことを特徴とする請求項８に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項１１】
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成する塗料として、前記バインダーにおいて塗布前に液中で十分に分子成長を熟成せしめることにより、塗布環境に対して安定でかつ作業性の高い塗料を用いたものとした請求項８から１０のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項１２】
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成する塗料として、前記バインダーにアミノ基、エポキシ基、アクリル基などを備えた反応性変性オルガノシロキサンを加えることにより常温乾燥を可能とせしめた塗料を用いたものとした請求項８の１０のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項１３】
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成する塗料における顔料が、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ2）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）、コージライトとアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）およびアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の化合物のいずれかを含む第１の顔料を備えたものである請求項１から１２のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項１４】
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成する塗料における前記顔料が、前記第１の顔料に加え、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、三酸化コバルト（Ｃｏ２Ｏ３）、酸化銅（I）（Ｃｕ２Ｏ）、酸化銅（II）（ＣｕＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）またはそれらの化合物のいずれかを含む第２の顔料を備えたものである請求項１３に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項１５】
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成する塗料における顔料として、着色顔料となる酸化チタンまたは酸化亜鉛を含有させるとともに、前記酸化チタン粒子または前記酸化亜鉛粒子の周囲に前記遠赤外線放射性物質の顔料をコーティングせしめたことを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項１６】
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜を形成する塗料における溶媒が、沸点が常温より高い温度のアルコール類であり、
前記熱伝導・放熱・絶縁性塗布膜において前記溶媒を揮発させることによりポーラス構造を形成せしめたことを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板を含んだ電子制御機器。
【請求項１８】
請求項１から１６のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板を含んだコンピュータシステム。
【請求項１９】
請求項１から１６のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板を含んだ家庭電化製品。
【請求項２０】
請求項１から１６のいずれか１項に記載の高効率放熱電子機器基板を含んだ産業機器製品。