(57)【要約】【課題】熱膨張率の差による反りや剥離が生じず、放熱性能に優れた放熱テープを安価に提供することを課題とする。【解決手段】本発明に係る放熱テープは、少なくとも一表面の一部又は全面がアルミニウムである金属箔を基体とし、該金属箔の片面又は両面の、少なくとも一部又は全面に粘着層が形成され、該粘着層が、炭化アルミニウムウィスカー又はアルミナウィスカーを主成分とする層中に粘着性樹脂が含浸されて形成されている複合層を有することを特徴とする。前記ウィスカーを主成分とする層は、前記基体表面から外側に向かって成長した複数のウィスカーを主成分として形成されてい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】
少なくとも一表面の一部又は全面がアルミニウムである金属箔を基体とし、
該金属箔の片面又は両面の、少なくとも一部又は全面に粘着層が形成され、
該粘着層が、炭化アルミニウムウィスカー又はアルミナウィスカーを主成分とする層中に粘着性樹脂が含浸されて形成されている複合層を有すること、
を特徴とする放熱テープ。
【請求項２】
前記炭化アルミニウム又はアルミナウィスカーを主成分とする層が、前記金属箔表面から外側に向かって成長した複数の炭化アルミニウムウィスカー又はアルミナウィスカーを主成分として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱テープ。
【請求項３】
少なくとも一表面の一部又は全面がアルミニウムである金属箔を、炭化水素含有物質を含む空間に配置して加熱し、該金属箔表面に炭化アルミウィスカーを主成分とする層を形成する工程の後に、
該炭化アルミニウムを主成分とする層中に、粘着性樹脂を含浸させる工程
を有することを特徴とする放熱テープの製造方法。
【請求項４】
少なくとも一表面の一部又は全面がアルミニウムである金属箔を、炭化水素含有物質を含む空間に配置して加熱し、該金属箔表面に炭化アルミニウムウィスカーを主成分とする層を形成した後に、該金属箔を酸化雰囲気下に配置して加熱し、該炭化アルミニウムウィスカーを主成分とする層を、アルミナウィスカーを主成分とする層に転化する工程の後に、
該アルミナウィスカーを主成分とする層中に、粘着性樹脂を含浸させる工程
を有することを特徴とする放熱テープの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放熱性能に優れる放熱テープに関する。より詳しくは、粘着層中にウィスカー層を有する放熱テープに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピューター等に代表される各種電子・電気機器に搭載されている半導体素子等の冷却の問題は、近年、重要課題として注目されてきている。このような冷却が必要な半導体素子等の冷却方法として、それが搭載される機器筐体にファンを取り付け、その機器筐体内の空気を冷却する方法や、その冷却すべき半導体素子等に冷却体（ヒートシンク）を取り付けて冷却する方法等が代表的である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
冷却すべき半導体素子等の部品（以下、被冷却部品と呼ぶことにする）にヒートシンクを取り付ける場合、その被冷却部品とヒートシンクとの間の熱的接続性が低いと十分な冷却性能が得られない。通常、被冷却部品にヒートシンクを単に接触させているだけでは、その部分の接触抵抗が大き過ぎ、従って十分な冷却が実現しにくい。
【０００４】
被冷却部品とヒートシンクとを半田接合等により接合すれば、単にこれらを接触させた場合に比べ大幅に熱抵抗小さく接続することができる。しかし、被冷却部品とヒートシンクの熱膨張率の相違が大きいと、その熱的整合性の問題が生ずる。具体的には、ヒートシンクとしては、通常熱伝導性に優れるアルミニウム材等が好適に適用される場合が多いが、被冷却部品である半導体素子はそれより大幅に熱膨張率が小さい場合が多いから、大きな反りの発生や、接合部での剥離の発生等の問題が生じることが多いのである。
【０００５】
そこで被冷却部品とヒートシンクとの間にシリコーングリス等を挟んで接触させる方法が広く用いられている。シリコーングリス等を介在させることで、被冷却部品とヒートシンクとを単に接触させた場合に比べ、その接触部の抵抗値が小さくなる。また、被冷却部品とヒートシンクとを半田接合するような場合と異なり、これらの熱膨張の差をシリコーングリスが吸収し、反り等の問題が抑制される。
【０００６】
しかしながら、それでもシリコーングリス等の物質の熱伝導率はヒートシンクを構成する金属材に比べ格段に低い場合が多いから、より一層の冷却性能の向上は容易ではなかった。近年は半導体素子等の電子部品の冷却がより一層要求されてきており、そのためにより接触抵抗を低減させることが求められている。
【０００７】
そこで本発明は、熱膨張率の差による反りや剥離が生じず、放熱性能に優れた放熱テープを安価に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】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、アルミニウム表面に炭化アルミニウムウィスカー又はアルミナウィスカーを主成分とする層を形成し、該層中に粘着性樹脂を含浸させることが有効であることを見出し、本発明を完成させた。本発明は、以下の特徴を有する。
【０００９】
（１）本発明に係る放熱テープは、少なくとも一表面の一部又は全面がアルミニウムである金属箔を基体とし、該金属箔の片面又は両面の、少なくとも一部又は全面に粘着層が形成され、該粘着層が、炭化アルミニウムウィスカー又はアルミナウィスカーを主成分とする層中に粘着性樹脂が含浸されて形成されている複合層を有すること、を特徴とする。
（２）上記（１）に記載の放熱テープであって、前記炭化アルミニウム又はアルミナウィスカーを主成分とする層が、前記金属箔表面から外側に向かって成長した複数の炭化アルミニウムウィスカー又はアルミナウィスカーを主成分として形成されていることを特徴とする。
【００１０】
（３）本発明に係る放熱テープの製造方法は、少なくとも一表面の一部又は全面がアルミニウムである金属箔を、炭化水素含有物質を含む空間に配置して加熱し、該金属箔表面に炭化アルミウィスカーを主成分とする層を形成する工程、の後に、該炭化アルミニウムを主成分とする層中に、粘着性樹脂を含浸させる工程、を有することを特徴とする。
（４）本発明に係る放熱テープの製造方法は、少なくとも一表面の一部又は全面がアルミニウムである金属箔を、炭化水素含有物質を含む空間に配置して加熱し、該金属箔表面に炭化アルミニウムウィスカーを主成分とする層を形成した後に、該金属箔を酸化雰囲気下に配置して加熱し、該炭化アルミニウムウィスカーを主成分とする層を、アルミナウィスカーを主成分とする層に転化する工程、の後に、該アルミナウィスカーを主成分とする層中に、粘着性樹脂を含浸させる工程、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、熱膨張率の差による反りや剥離が生じず、放熱性能に優れた放熱テープを安価に提供することが可能となる。すなわち、本発明に係る放熱テープは、金属箔として安価なアルミ箔を用いた場合、熱抵抗が低く冷却効果が高い放熱テープになる。また、基体表面の粘着層が、熱膨張の差を吸収し、反りや剥離の問題も解消される。更に、本発明に係る放熱テープは、表面積が大きいため吸湿性・吸着性が高く、水分や埃、調理時のアク取りシートとしても有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明に係る放熱テープをより詳細に説明する。なお、以下の説明において、炭化アルミニウムウィスカー又はアルミナウィスカーを、両者の区別なく、単にウィスカーと記載する場合もある。また、同様に、炭化アルミニウムウィスカー又はアルミナウィスカーを主成分とする層も、両者の区別なく、単にウィスカー層と記す場合もある。
【００１３】
図１に本発明に係る放熱テープの一例の概略を表す。本発明に係る放熱テープは、少なくとも一表面の一部又は全面がアルミニウムである金属箔を基体とし、該基体の片面又は両面の、少なくとも一部又は全面に粘着層が形成され、該粘着層が、炭化アルミニウムウィスカー又はアルミナウィスカーを主成分とする層中に粘着性樹脂が含浸されて形成されている複合層を有すること、を特徴とする。かかる放熱テープは、例えば、ヒートシンクと被冷却部品との間に配置して使用される。
【００１４】
上記のとおり、基体である金属箔の片面又は両面には、粘着層が形成せれている。粘着層中には、ウィスカー層中に粘着性樹脂が含浸された複合層が複合されている。該ウィスカーは基体の表面から直接、外側に伸びるように成長している。すなわち、基体表面からは無数のウィスカーが略垂直に成長しているため、基体表面には、ウィスカーを主成分とするウィスカー層が形成されている。該ウィスカー層は緻密な層ではなく、間隙を有する多孔質様であるため、粘着性樹脂を含浸させることが可能である。
【００１５】
本発明に係る放熱テープは、上記ウィスカー層に粘着性樹脂が含浸されて形成されている複合層を有することを特徴とする。これにより、粘着性を有する放熱テープとすることができる。また、粘着性樹脂を余剰に含浸させ、複合層上に粘着性樹脂層が形成されていてもよい。この場合、粘着層は、複合層と粘着性樹脂層とを有することとなる。もちろん、粘着性樹脂層を有することは任意であるが、相手材（発熱体及び／又は放熱体）との接着性を高める観点からは粘着性樹脂層を有することが好ましい。但し、粘着性樹脂層のみが厚くなりすぎると、伝熱性が低下するため好ましくない。このため複合層の厚さは、粘着層全体の厚さの半分以上であることが好ましい。すなわち、複合層の厚さ（ウィスカーの長さ）は１０μｍ以上であることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る放熱テープを相手材である発熱体に貼り付けた時、粘着層中の粘着性樹脂及び／又はウィスカーが相手材の表面に存在する凹凸に隙間なく入り込んで接着するため、接触熱抵抗が低減する。発熱体からの熱は粘着層を介して前記ウィスカーに伝達され、ウィスカーの長さ方向を通って基体に輸送される。この時、ウィスカーが基体表面から直接成長しているために、基体への熱伝達時の熱抵抗は限りなくゼロに近い。そのために、熱伝導率の小さい粘着層が存在するにもかかわらず極めて小さい熱抵抗が得られる。
【００１７】
本発明に係る放熱テープは簡易な手法で作製できる。
すなわち、本発明に係る放熱テープの製造方法は、少なくとも表面がアルミニウムである金属箔を、炭化水素含有物質を含む空間に配置して加熱し、該金属箔表面に炭化アルミウィスカーを主成分とする層を形成する工程、の後に、該炭化アルミニウムを主成分とする層中に、粘着性樹脂を含浸させる工程、を有することを特徴とする。
【００１８】
すなわち、少なくとも一表面の一部又は全面がアルミニウムである金属箔を、炭化水素含有物質を含む空間に配置して加熱するだけで金属箔表面に炭化アルミウィスカーかを主成分とする層が形成される。このとき、金属箔のアルミニウム表面には炭化アルミニウム相が形成され、該炭化アルミニウム相から複数の炭化アルミニウムウィスカーが成長する（図２参照）。炭化アルミニウムウィスカーは基体の表面から外側に向かって伸びるように成長し、多くのウィスカーの長さ方向が基体表面と大凡垂直な方向に配向する。このため基体表面に炭化アルミニウムウィスカーを主成分とする層が形成される。
【００１９】
基体表面の両面にアルミニウムを有する場合には、図２のように両面にウィスカー層が形成され、片面のみにアルミニウムを有する場合には片面のみにウィスカーが形成される。本発明に係る放熱テープは少なくとも一面の一部又は全面にウィスカー層が形成されていればよい。
【００２０】
このように基体表面からは、炭化アルミニウム相から炭化アルミニウムウィスカーが直接成長しているため、基体とウィスカーとの熱抵抗は実質的にゼロに近い。なお、炭化アルミニウムウィスカーを主成分とする層とは、例えば、Ａl4Ｃ3結晶を含むものであるが、非晶質を含む場合がある。また、基板等に含まれる各種不純物を含む場合がある。
【００２１】
このようなウィスカーは加熱温度が３００℃以上で得られる。反応効率を考えると４５０℃以上が好ましく、上限はアルミニウムの融点以下である。アルミニウムには種々の合金があり、それぞれの融点よりも低温にすればよい。
【００２２】
用いられる炭化水素含有物質の種類は特に限定されない。たとえば、メタン、エタン、プロパン、ｎ−ブタン、イソブタンおよびペンタン等のパラフィン系炭化水素、エチレン、プロピレン、ブテンおよびブタジエン等のオレフィン系炭化水素、アセチレン等のアセチレン系炭化水素等、又はこれらの炭化水素の誘導体が挙げられる。これらの炭化水素の中でも、メタン、エタン、プロパン等のパラフィン系炭化水素は、アルミニウム箔を加熱する工程においてガス状になるので好ましい。さらに好ましいのは、メタン、エタンおよびプロパンのうち、いずれか一種の炭化水素である。最も好ましい炭化水素はメタンである。
【００２３】
基体表面にウィスカー層を形成した後、粘着樹脂を含浸させることにより粘着層が形成される。粘着層を形成する際に用いられる樹脂の種類は問わない。アクリル系やシリコン系の粘着樹脂を広く用いることができる。また、ゴムでもよい。
本発明に係る放熱テープは、基体としてアルミ箔そのものを用いると放熱性能に優れた放熱テープを安価に提供することが可能となる。しかし、基体として使用される金属箔の種類は特に問わず、少なくとも一表面の一部又は全面がアルミニウムであればよい。放熱テープとして用いるには熱伝導性に優れた金属箔が好ましい。このため、Ｃu、Ａu、及びＡg等が好ましい。
【００２４】
炭化アルミニウムは水分と反応しやすく耐湿性に問題がある場合も生じうるので、その場合には、炭化アルミニウムウィスカーをアルミナウィスカーに転化させることが好ましい。このため、本発明に係る放熱テープの製造方法は、上記のように金属箔表面に炭化アルミニウムウィスカー層を形成した後、該金属箔を酸化雰囲気下に配置して加熱し、炭化アルミニウムウィスカーをアルミナウィスカーに転化する工程を有することを特徴とする。該工程の後に、アルミナウィスカーを主成分とする層中に、上記粘着性樹脂を含浸させればよい。
【００２５】
アルミナウィスカーに転化する工程では、加熱温度は、３００℃以上であることが好ましい。更に好ましい温度は４５０℃以上である。加熱温度の上限は、基体に用いられるアルミ箔の融点である。粘着樹脂は上記炭化アルミニウムウィスカー層に含浸させる場合と同様の樹脂を用いることができる。
【実施例】
【００２６】
（１）材料
＜ウィスカーの形成＞
１００×１００ｍｍ、厚さ３０μｍの純Ａl箔（純度９９．９９％）を、各種炭化水素ガスを含む雰囲気で加熱して、ウィスカーを主成分とする層を形成した。加熱後のＡl箔表面にはウィスカーが生成していた。Ｘ線回折によりウィスカー相を同定した。
【００２７】
＜樹脂の含浸＞
昭和高分子製ビニルエステル樹脂の２０％酢酸エチル希釈品（商品名：リポキシＶＲ−７７−８０ＥＡＣ）に微量の重合開始剤を添加した後、ウィスカー層に滴下した。これを真空オーブンに入れ、ロータリーポンプで真空にしながら室温で樹脂を含浸させた。その後、波長が３６４ｎｍの紫外線を２２ｍＷ／ｃｍ2の光強度で照射して半硬化させた。
【００２８】
＜熱抵抗の測定＞
各試料を、図１に示す熱抵抗測定装置にセットした。
上部からＡlＮヒータで、１３．３Ｖ、２４５ｍＡで加熱して熱量Ｑを付加した。上下のＣuホルダの各位置の温度を測定し、定常状態になるまで保持した。Ｃuホルダの周囲は断熱材で囲った。サンプルを挟む上下の銅ホルダには熱電対挿入穴が各５点設置されており、これらの位置での温度分布の勾配から、発熱体表面とヒートシンクのフィン先端部の温度を外挿して算出した。面圧は０．３７５ＭＰaとした。定常状態に達した時の、各Ｃuホルダ内の温度勾配から、試料の表面温度（Ｔ１）と裏面温度（Ｔ２）を外挿して算出した。
【００２９】
熱抵抗は下記の式で算出した。
熱抵抗の測定（Ｋ／Ｗ）＝（Ｔ１−Ｔ２）／Ｑ
【００３０】
＜結果＞
結果を表１に示す。
本発明に係る放熱テープは熱抵抗が小さかった。
【００３１】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る放熱テープの一例の概略を表す図である。
【図２】本発明に係る放熱テープの製造方法の一例の概略を表す図である。
【図３】実施例において使用した熱抵抗を測定する装置の概略を表す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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