WO2021060318A1 - 放熱シート、放熱シート積層体、構造体及び発熱素子の放熱処理方法 - Google Patents
放熱シート、放熱シート積層体、構造体及び発熱素子の放熱処理方法 Download PDFInfo
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Definitions
- the present invention relates to a heat radiating sheet, a heat radiating sheet laminate including the heat radiating sheet, a structure including the heat radiating sheet, and a heat radiating treatment method of a heat generating element using the heat radiating sheet.
- heat generating elements such as power devices, transistors, thyristors, and CPUs
- a heat dissipation measure it has been generally performed to conduct heat generated from a heat generating element to a heat dissipation component such as a heat sink to dissipate heat.
- a heat radiating sheet has been conventionally used as such a heat radiating material (see, for example, Patent Document 1).
- the heat radiating sheet cannot follow the micro unevenness on the mounting surface of the heat generating element, the adhesion of the heat radiating sheet to the heat generating element may be insufficient. Therefore, the contact thermal resistance between the heat generating element and the heat radiating sheet may increase.
- the present inventors have found that the contact thermal resistance between the heat generating element and the heat radiating sheet can be reduced by interposing the heat radiating grease between the heat generating element and the heat radiating sheet.
- the present inventors intervene a sufficient amount of heat-dissipating grease between the heat-generating element and the heat-dissipating sheet to reduce the contact thermal resistance between the heat-generating element and the heat-dissipating sheet, the heat-dissipating grease spreads.
- the present invention comprises a heat radiating sheet capable of suppressing the spread of the heat radiating grease when the heat radiating grease is interposed between the heat generating element and the heat radiating sheet, a heat radiating sheet laminate including the heat radiating sheet, and a structure including the heat radiating sheet.
- An object of the present invention is to provide a heat dissipation processing method for a heat generating element using the heat dissipation sheet.
- the present inventors have found that the above object can be achieved by providing a predetermined groove on the surface of the heat radiating sheet.
- the present invention is based on the above findings, and the gist thereof is as follows. [1] A heat radiating sheet provided on the surface with a plurality of first grooves extending in the first direction. [2] The heat radiating sheet according to the above [1], wherein the surface of the portion sandwiched between the first grooves is smooth. [3] The heat radiating sheet according to the above [1] or [2], wherein the distance between the adjacent first grooves is 100 to 1500 ⁇ m.
- a heat-dissipating sheet laminate comprising the heat-dissipating sheet according to any one of the above [1] to [10], and a heat-dissipating grease layer formed on a grooved surface of the heat-dissipating sheet.
- a heat radiating sheet capable of suppressing the spread of the heat radiating grease when the heat radiating grease is interposed between the heat generating element and the heat radiating sheet, a heat radiating sheet laminate including the heat radiating sheet, and a structure including the heat radiating sheet.
- a method for heat dissipation processing of a heat generating element using the heat dissipation sheet can be provided.
- FIG. 1 is a perspective view of a heat radiating sheet according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a plan view of a modified example of the heat radiating sheet according to the embodiment of the present invention.
- 3 (a) and 3 (b) are plan views of another modification of the heat radiating sheet according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 4 is a perspective view of another modified example of the heat radiating sheet according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a diagram for explaining a heat radiating sheet laminate and a structure according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 6 is a diagram for explaining a modified example of the heat radiating sheet laminate and the structure according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 1 is a perspective view of a heat radiating sheet according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a plan view of a modified example of the heat radiating sheet according to the embodiment of the present invention.
- 3 (a) and 3 (b) are plan views of another modification of
- FIG. 7 is an exploded view of the evaluation jig used for the evaluation test of the spread phenomenon of the heat-dissipating grease.
- FIG. 8 is a diagram for explaining the spread of the heat-dissipating grease in the evaluation jig.
- FIG. 1 is a perspective view of a heat radiating sheet according to an embodiment of the present invention.
- the heat radiating sheet 1 of the embodiment of the present invention extends in a plurality of first grooves 10 extending in the first direction A and in a second direction B different from the first direction A, and intersects the first groove 10.
- a plurality of second grooves 20 to be provided are provided on the surface 2.
- the following description does not limit the present invention, but it is considered that the spread phenomenon of the heat-dissipating grease can be suppressed for the following reasons.
- the minute gap at the contact interface between the heat radiating sheet and the heat generating element becomes smaller due to the thermal expansion of the heat radiating sheet, the excess heat radiating grease that fills the gap flows into the groove on the surface of the heat radiating sheet, and the groove Held in.
- the gap at the contact interface between the heat radiating sheet and the heat generating element becomes large due to the heat shrinkage of the heat radiating sheet, the heat radiating grease held in the groove on the surface of the heat radiating sheet is supplied to the large gap. ..
- the heat radiating grease even if the heat radiating sheet undergoes thermal expansion and contraction, the heat radiating grease only moves back and forth between the gap and the groove, so that it is considered that the spread of the heat radiating grease can be suppressed.
- the heat radiating sheet 1 of the embodiment of the present invention has a plurality of first grooves 10 and a plurality of second grooves 20 as long as the surface 2 is provided with the plurality of first grooves 10 and the plurality of second grooves 20.
- the surface provided with 20 is not particularly limited.
- the heat radiating sheet 1 of the embodiment of the present invention has a plurality of first grooves 10 and a plurality of second grooves only on one surface 2 of the heat radiating sheet among the two main surfaces 2 and 3 of the heat radiating sheet.
- the groove 20 is provided, a plurality of first grooves and a plurality of second grooves may be provided on both surfaces of the heat radiating sheet.
- a plurality of first grooves and a plurality of second grooves may be provided on the entire surface of the heat radiating sheet, or a plurality of first grooves and a plurality of second grooves may be provided on a part of the surface of the heat radiating sheet. May be provided. Further, the plurality of first grooves and the plurality of second grooves may be arranged at equal intervals or may be arranged at different intervals. Further, the starting point and the ending point of the first groove and the second groove do not have to exist on the outer periphery of the heat radiating sheet, and at least one of the starting point and the ending point does not have to be on the outer periphery of the heat radiating sheet.
- the surface 30 of the portion of the heat radiating sheet 1 of the embodiment of the present invention surrounded by the first groove 10 and the second groove 20 is smooth. Thereby, the increase in the contact thermal resistance of the heat radiating sheet 1 caused by providing the plurality of first grooves 10 and the plurality of second grooves 20 on the surface 2 of the heat radiating sheet 1 of the embodiment of the present invention is suppressed. Can be done.
- the surface roughness is expressed using the surface roughness as a parameter
- the surface roughness of the surface 30 of the portion surrounded by the first groove 10 and the second groove 20 is preferably the arithmetic mean roughness (Ra).
- the surface roughness of the surface 30 of the portion surrounded by the first groove 10 and the second groove 20 is a ten-point average roughness (Rz), preferably 11 to 25 ⁇ m, and more preferably 15 to. It is 23 ⁇ m.
- the arithmetic average roughness (Ra) and the ten-point average roughness (Rz) are values measured in accordance with JIS B0601: 2013.
- the distance D 10 between the adjacent first grooves 10 in the heat radiating sheet 1 of the embodiment of the present invention is preferably 100 to 1500 ⁇ m.
- the distance D 10 between the adjacent first grooves 10 is 100 ⁇ m or more, the contact area between the heat generating element and the heat radiating sheet 1 becomes large, and the adhesion between the heat generating element and the heat radiating sheet 1 can be improved. This makes it possible to reduce the contact thermal resistance of the heat radiating sheet 1.
- the distance D 10 between the adjacent first grooves 10 is 1500 ⁇ m or less, the spreading phenomenon of the heat-dissipating grease can be effectively suppressed.
- the distance D 10 between the adjacent first grooves 10 is more preferably 200 to 1300 ⁇ m, still more preferably 250 to 1100 ⁇ m.
- the distance D 20 between the adjacent second grooves 20 is preferably 100 to 1500 ⁇ m, more preferably 200 to 1300 ⁇ m, and further preferably 250 to 1100 ⁇ m.
- the first groove and the second groove may be formed on the entire heat radiating sheet or a part of the heat radiating sheet, but any of the above distances between adjacent grooves may be formed. Within a preferable range, it is preferable that the first groove and the second groove are formed on the entire heat radiating sheet.
- the depth H 10 of the first groove 10 in the heat radiating sheet 1 of the embodiment of the present invention is preferably 5 to 25 ⁇ m. If the depth H 10 of the first groove 10 is 5 ⁇ m or more, the heat radiation grease in an amount sufficient to reduce the thermal contact resistance between the heating element and the heat dissipation sheet while suppressing the spread phenomenon of heat dissipation grease It can be held in the first groove 10. If the depth H 10 of the first groove 10 is 25 ⁇ m or less, most of the heat radiation grease was interposed between the heating element and the heat dissipation sheet is held in the first groove 10, the heat radiation and the heating element It is possible to prevent a shortage of heat-dissipating grease interposed between the sheet and the sheet.
- the depth H 10 of the first groove 10 is more preferably 10 to 20 ⁇ m, still more preferably 13 to 18 ⁇ m.
- the depth H 20 of the second groove 20 is preferably 5 to 25 ⁇ m, more preferably 10 to 20 ⁇ m, and even more preferably 13 to 18 ⁇ m.
- the depth H 10 of the first groove 10 and the depth H 20 of the second groove may be different or the same for each groove. When the groove depth is different for each groove, it is preferable that the difference is small.
- the depth H 10 of the first groove 10 may be different from the depth H 20 of the second groove 20 may be the same. When the groove depth is different between the first groove and the second groove, it is preferable that the difference is small.
- the depths of the grooves may be the same through one groove, or there may be portions having different depths of the grooves. When there are portions having different groove depths, it is preferable that the difference is small.
- the width W 10 of the first groove 10 in the heat radiating sheet 1 according to the embodiment of the present invention is preferably 5 to 25 ⁇ m.
- the width W 10 of the first groove 10 is 5 ⁇ m or more, it can be further suppressed spreading phenomenon of the heat dissipation grease.
- the width W 10 of the first groove 10 is 25 ⁇ m or less, the contact area between the heating element and the heat dissipation sheet 1 is increased, it is possible to improve the adhesion between the heating element and the heat radiating sheet 1, thereby , The thermal resistance of the heat radiating sheet 1 can be reduced.
- the width W 10 of the first groove 10 is preferably 7 ⁇ 20 [mu] m, more preferably from 8 ⁇ 15 [mu] m.
- the width W 20 of the second groove 20 is preferably 5 ⁇ 25 [mu] m, more preferably 7 ⁇ 20 [mu] m, more preferably from 8 ⁇ 15 [mu] m.
- the width W 10 of the first groove 10 may be different for each groove, it may be the same. Further, the width W 20 of the second groove 10 may be different or the same for each groove. When the width of the groove is different for each groove, it is preferable that the difference is small.
- the width W 10 of the first groove 10 may be different from the width W 20 of the second groove 20 may be the same.
- the widths of the grooves may be the same through one groove, or there may be portions having different widths of the grooves. When there are portions having different groove widths, it is preferable that the difference is small.
- the ratio (Sg / S ⁇ 100) of the area (Sg) when the first groove 10 and the second groove 20 are projected in the thickness direction to the area (S) when the heat radiating sheet 1 is projected in the thickness direction. %) Is preferably 2 to 20%.
- the ratio of the area is 2% or more, the spreading phenomenon of the heat-dissipating grease can be suppressed more effectively.
- the ratio of the above areas is 20% or less, the contact area between the heat generating element and the heat radiating sheet 1 can be increased, and the adhesion between the heat generating element and the heat radiating sheet 1 can be further improved. .. From such a viewpoint, the ratio of the area is more preferably 3 to 15%, still more preferably 4 to 12%.
- the first groove 10 and the second groove 20 are linearly extending grooves.
- the heat-dissipating grease can be more easily moved between the gap between the heat-dissipating sheet and the heat-generating element and the groove, and the spread phenomenon of the heat-dissipating grease can be further suppressed.
- the thickness of the heat radiating sheet 1 according to the embodiment of the present invention is preferably 100 to 1000 ⁇ m.
- the thickness of the heat radiating sheet 1 according to the embodiment of the present invention is 100 ⁇ m or more, the heat radiating sheet 1 can more closely follow the unevenness of the mounting surface of the heat generating element.
- the thickness of the heat radiating sheet 1 according to the embodiment of the present invention is 1000 ⁇ m or less, the thermal resistance of the heat radiating sheet can be reduced. From such a viewpoint, the thickness of the heat radiating sheet 1 according to the embodiment of the present invention is more preferably 150 to 650 ⁇ m.
- the component of the heat radiating sheet 1 according to the embodiment of the present invention is not particularly limited as long as it is a component normally used for the heat radiating sheet.
- the heat radiating sheet 1 of the embodiment of the present invention can contain a resin binder and a filler having high thermal conductivity.
- the resin binder used for the heat radiating sheet 1 of the embodiment of the present invention is not particularly limited as long as it is a resin binder usually used for the heat radiating sheet.
- Examples of the resin binder used for the heat radiating sheet 1 of the embodiment of the present invention include epoxy resin, silicone resin, acrylic resin, phenol resin, melamine resin, urea resin, unsaturated polyester, fluororesin, urethane resin, and polyamide.
- polyimide polyamideimide, polyetherimide, etc.
- polyester eg, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, etc.
- polyphenylene ether polyphenylene sulfide, total aromatic polyester, polysulfone, liquid crystal polymer, polyethersulfone, polycarbonate, maleimide modification.
- resins ABS resins, AAS (acrylonitrile-acrylic rubber / styrene) resins, and AES (acrylonitrile / ethylene / propylene / diene rubber-styrene) resins. These can be used alone or in combination of two or more.
- the resin binder is preferably rubber or elastomer from the viewpoint of facilitating the handling of the heat radiating sheet 1 and from the viewpoint of further enhancing the adhesion of the heat radiating sheet 1 due to the flexibility of the heat radiating sheet 1.
- silicone resin is preferable from the viewpoint of heat resistance, weather resistance, electrical insulation and chemical stability.
- the silicone resin used for the heat radiating sheet 1 of the embodiment of the present invention is an addition reaction type silicone resin from the viewpoint that it does not contain ionic impurities that cause metal corrosion and does not generate by-products after the reaction. Is preferable.
- the addition reaction type silicone resin is cured by a hydrosilylation reaction between an alkenyl group and a hydrogen atom bonded to a silicon atom using a platinum compound as a catalyst.
- Examples of the addition reaction type silicone include silicones under the trade name "LR3303-20A / B" manufactured by Asahi Kasei Wacker Silicone Co., Ltd.
- the filler used for the heat radiating sheet 1 of the embodiment of the present invention is not particularly limited as long as it is a filler usually used for the heat radiating sheet.
- Examples of the filler used for the heat radiating sheet 1 of the embodiment of the present invention include an inorganic filler and a metal filler.
- Examples of the inorganic filler include zinc oxide, alumina, boron nitride, aluminum nitride, silicon carbide, silicon nitride and the like.
- Examples of the metal-based filler include aluminum, silver, and copper. These can be used alone or in combination of two or more.
- an inorganic filler is preferable from the viewpoint of electrical insulation, and among the inorganic fillers, boron nitride is more preferable from the viewpoint of thermal conductivity and chemical stability. Further, since boron nitride has anisotropy in thermal conductivity, massive boron nitride particles in which the anisotropy of thermal conductivity is suppressed are more preferable.
- the massive boron nitride particles are particles in which scaly particles of hexagonal boron nitride are aggregated in a mass form.
- the average particle size of the filler is preferably 15 to 90 ⁇ m.
- the average particle size of the filler is 15 ⁇ m or more, the content of the filler can be increased.
- the average particle size of the filler is 90 ⁇ m or less, the heat radiating sheet can be made thin.
- the average particle size of the filler is more preferably 20 to 70 ⁇ m, further preferably 25 to 50 ⁇ m, and particularly preferably 25 to 45 ⁇ m.
- the average particle size of the filler can be measured using, for example, a laser diffraction / scattering method particle size distribution measuring device (LS-13 320) manufactured by Beckman Coulter.
- LS-13 320 laser diffraction / scattering method particle size distribution measuring device manufactured by Beckman Coulter.
- the obtained average particle size is, for example, the average particle size according to the volume statistical value.
- the content of the filler with respect to the total 100% by volume of the resin binder and the filler is preferably 30 to 85% by volume, more preferably 40 to 80% by volume.
- the content of the filler is 30% by volume or more, the thermal conductivity of the heat radiating sheet 1 is improved, and sufficient heat radiating performance can be easily obtained.
- the content of the filler is 85% by volume or less, it is possible to suppress the tendency for voids to occur during molding of the heat radiating sheet, and it is possible to improve the insulating property and mechanical strength of the heat radiating sheet 1.
- the heat radiating sheet 1 of the embodiment of the present invention may include a reinforcing layer.
- the reinforcing layer plays a role of further improving the mechanical strength of the heat radiating sheet 1, and further suppresses the stretching of the heat radiating sheet 1 in the plane direction when the heat radiating sheet 1 is compressed in the thickness direction to improve the insulating property. It also has the effect of securing.
- the reinforcing layer include resin films such as glass cloth, alumina cloth, polyester, polyamide, polyimide, polycarbonate and acrylic resin, and cloth fiber mesh cloth such as cotton, linen, aramid fiber, cellulose fiber, nylon fiber and polyolefin fiber.
- non-woven fabrics such as aramid fibers, cellulose fibers, nylon fibers and polyolefin fibers, metal fiber mesh cloths such as stainless steel, copper and aluminum, and metal foils such as copper, nickel and aluminum. These can be used alone or in combination of two or more. Among these, glass cloth is preferable from the viewpoint of thermal conductivity and insulating property.
- the thickness of the glass cloth is preferably 10 ⁇ m to 150 ⁇ m, more preferably 15 to 90 ⁇ m, still more preferably 20 to 50 ⁇ m.
- the thickness of the glass cloth is 10 ⁇ m or more, it is possible to prevent the glass cloth from breaking during handling.
- the thickness of the glass cloth is 150 ⁇ m or less, it is possible to suppress a decrease in the thermal conductivity of the heat radiating sheet due to the glass cloth.
- Some commercially available glass cloths have a fiber diameter of 4 to 9 ⁇ m, and these can be used for the heat dissipation sheet 1.
- the tensile strength of the glass cloth is, for example, 100 to 1000 N / 25 mm.
- the length of one side of the opening of the glass cloth is preferably 0.1 to 1.0 mm from the viewpoint of balancing thermal conductivity and strength.
- the glass cloth that can be used for the heat radiating sheet 1 includes, for example, a product name "H25 F104" manufactured by Unitika Ltd.
- the heat radiating sheet 1 may contain components other than the resin binder, the filler, and the reinforcing layer. Other components are additives, flame retardants, silicone oils, silane materials, silane coupling agents, platinum catalysts, hardeners, colorants, etc., and are, for example, 10% by volume or less in 100% by volume of the heat radiation sheet 1. It may be 5% by volume or less, preferably 3% by volume or less, and more preferably 1% by volume or less.
- the heat radiating sheet of the present invention may include a base resin layer.
- the base resin layer plays a role of further improving the heat resistance of the heat radiating sheet.
- the heat radiating sheet of the present invention includes a resin composition layer containing the above-mentioned resin binder and filler, and a base resin layer adjacent to the resin composition layer. Then, it is preferable that the above-mentioned groove is formed on one surface of the resin composition layer and the base resin layer is arranged on the other surface side of the resin composition layer. Further, the resin composition layer may include the above-mentioned reinforcing layer.
- the base resin layer preferably contains a resin having a glass transition point of 200 ° C. or higher. When the glass transition point is 200 ° C. or higher, sufficient heat resistance can be obtained, and the insulating property and thermal conductivity of the laminate can be maintained well.
- the base resin layer may be a layer formed from a coating film or a layer formed from a film.
- polyimide As the resin constituting the base resin layer, polyimide, polyamideimide, polyamide (particularly aromatic polyamide), polyether sulfone, polyetherimide, polyethylene naphthalate, polytetrafluoroethylene (PTFE) or tetrafluoroethylene per.
- PTFE polytetrafluoroethylene
- PFA Fluoroalkyl vinyl ether copolymer
- the content of the resin in the base resin layer is not particularly limited, but the lower limit is preferably 78% by volume or more, more preferably 80% by volume or more, and further preferably 82% by volume or more.
- the upper limit is preferably 92% by volume or less, more preferably 90% by volume or less, still more preferably 88% by volume or less.
- the base resin layer preferably contains an inorganic filler.
- an inorganic filler By containing the inorganic filler in the base resin layer, the insulating property, thermal conductivity, peel strength and the like can be improved. In particular, it is presumed that the peel strength is increased because the inorganic filler forms irregularities at the interface between the base resin layer and the resin composition layer, and an anchor effect is generated.
- the inorganic filler the same filler as the above-mentioned filler can be used.
- the content of the inorganic filler in the base resin layer is not particularly limited, but the lower limit is preferably 8% by volume or more, more preferably 10% by volume or more, and further preferably 12% by volume or more.
- the upper limit is preferably 22% by volume or less, more preferably 20% by volume or less, still more preferably 18% by volume or less.
- the base resin layer may contain a small amount of the above-mentioned other components, or may contain a small amount of impurities.
- the total content of the resin and the inorganic filler in the base resin layer is preferably 90% by volume or more, more preferably 95% by volume or more, and further preferably 97% by volume or more.
- the thickness of the base resin layer is preferably in the following range from the viewpoint of insulation, thermal conductivity, and processability.
- the lower limit is preferably 0.010 mm or more. By setting it to 0.010 mm or more, the insulating property can be further improved and the workability can be improved. It is more preferably 0.012 mm or more, still more preferably 0.015 mm or more.
- the upper limit is preferably 0.100 mm or less. It is more preferably 0.070 mm or less, still more preferably 0.050 mm or less.
- the film to be the base resin layer can be produced according to a known film production method. In addition, products sold on the market may be obtained and used.
- the form of the heat radiating sheet of the present invention is not particularly limited. It may be a single leaf product or a roll product.
- the heat radiating sheet 1 of the embodiment of the present invention can be manufactured, for example, by a manufacturing method having the following steps 1 to 5.
- Step 1 the resin binder and the filler before curing are mixed to prepare a composition for a heat radiating sheet.
- Step 2 the heat-dissipating sheet composition is applied onto the film.
- the coating method is not particularly limited, and known coating methods such as a doctor blade method, a comma coater method, a screen printing method, and a roll coater method that can uniformly coat can be adopted.
- the doctor blade method and the comma coater method are preferable from the viewpoint that the thickness of the applied heat radiating sheet composition can be controlled with high accuracy.
- the heat radiating sheet includes a reinforcing layer, it is preferable to apply the heat radiating sheet composition after placing the reinforcing layer on the film.
- the composition for the heat radiating sheet may be applied to both sides of the reinforcing layer so that the reinforcing layer is arranged at the center in the thickness direction of the heat radiating sheet.
- the resin composition is applied on the base sheet to be the base resin layer.
- conventionally known methods such as a coater method, a doctor blade method, an extrusion molding method, an injection molding method, a press molding method and the like can be used.
- the heat radiating sheet composition may be applied to both sides of the base resin layer so that the base resin layer is arranged at the center in the thickness direction of the heat radiating sheet.
- Step 3 the composition for a heat radiating sheet applied to the film to be held is dried.
- Step 4 the dried heat-dissipating sheet composition is crosslinked to prepare a heat-dissipating sheet precursor sheet.
- Step 5 a plurality of first ridges extending in the first direction and a plurality of second ridges extending in a second direction different from the first direction and intersecting the first ridge are surfaced.
- a transfer sheet to be provided Such a transfer sheet can be produced, for example, by embossing the sheet.
- the heat radiating sheet precursor sheet is heated and pressurized from above the transfer sheet.
- the heat radiation sheet precursor sheet is plastically deformed, and a first groove and a second groove are formed on the surface of the heat radiation sheet precursor sheet.
- the embossing is performed on the side where the composition for the heat radiating sheet is applied.
- the depths of the first groove and the second groove can be controlled by adjusting the pressure when the heat radiation sheet precursor sheet is heated and pressurized. Further, the first groove and the second groove may be directly formed on the surface of the heat radiation sheet precursor sheet by embossing.
- the heat radiating sheet of one embodiment of the present invention can be deformed as follows.
- the angle formed by the first direction A, which is the direction in which the first groove 10 extends, and the second direction B, which is the direction in which the second groove 20 extends is 90 °. there were.
- the angle formed by the first direction in which the first groove extends and the second direction in which the second groove extends is not limited to 90 °.
- the angle formed by the first direction A in which the first groove 10A extends and the second direction B in which the second groove 20A extends is 120 °. It may be. From the viewpoint that the spreading phenomenon of the heat radiating grease can be suppressed more uniformly with respect to the surface direction of the heat radiating sheet 1, the first direction and the second direction in which the first groove extends in the heat radiating sheet of the present invention.
- the angle formed by the second direction which is the direction in which the groove extends, is preferably 30 to 150 °, more preferably 60 to 120 °, still more preferably 80 to 100 °, and particularly preferably 90 °. is there. When there are a plurality of intersections with the second groove in one first groove, or when there are a plurality of intersections with the first groove in one second groove, the first groove at each intersection
- the angle formed by the second groove may be the same or different.
- the first groove 10 and the second groove 20 are grooves extending linearly.
- the shapes of the first groove and the second groove are not limited to a linear shape.
- the first groove 10B is a groove extending in a wavy shape in the first direction A
- the second groove 20B is a groove extending in a wavy shape in the second direction B. It may be a groove.
- the first groove 10C is a groove extending in a zigzag shape in the first direction A
- the second groove 20C is a zigzag shape in the second direction B. It may be a groove extending to. Further, the shape of the first groove 10C extending in the first direction A may be different from the shape of the second groove 20C extending in the second direction.
- the cross-sectional shape of the first groove 10 and the second groove 20 was quadrangular.
- the shape of the cross section of the first groove and the second groove of the heat radiating sheet is not limited to the quadrangle.
- it may be U-shaped, triangular, or trapezoidal.
- the shape of the cross section of the first groove of the heat radiating sheet may be different from the shape of the cross section of the second groove.
- the heat radiating sheet 1 of the embodiment of the present invention extends in a plurality of first grooves 10 extending in the first direction A and in a second direction B different from the first direction A.
- the surface 2 is provided with a plurality of second grooves 20 that intersect the first groove 10.
- the heat radiating sheet 1D may have only a plurality of first grooves 10 extending in the first direction A on the surface 2, and the second groove 20 may not be provided on the surface 2. .. Even when the heat radiating sheet 1D is provided with only a plurality of first grooves 10 extending in the first direction A on the surface 2, the heat radiating sheet 1D can suppress the spreading phenomenon of the heat radiating grease.
- the heat radiating sheet 1 includes both the plurality of first grooves 10 and the plurality of second grooves 20.
- the area of the heat radiating sheet 1D where the first groove 10 is provided, the distance between the adjacent first grooves 10, the depth H 10 of the first groove 10, and the depth H of the first groove 10. 10 the ratio of the area of the groove in the width W 10, the surface of the first groove 10, the shape of the groove, and the sectional shape of the groove, the first groove in the heat dissipation sheet 1 of the above-described embodiment of the present invention
- the ratio of the area of the groove on the surface, the shape of the groove, the cross-sectional shape of the groove, and the like are the same. Further, similarly to the surface 30 of the portion surrounded by the first groove 10 and the second groove 20 in the heat radiating sheet 1 of the embodiment of the present invention, it is sandwiched between the adjacent first grooves 10 in the heat radiating sheet 1D. It is preferable that the surface 30D of the portion is also smooth.
- the heat radiating sheet according to the embodiment of the present invention extends in a third direction different from the first direction and the second direction in addition to the first groove and the second groove, and the first
- the surface may be provided with a plurality of third grooves that intersect the groove and the second groove. In this case as well, the spread phenomenon of the heat-dissipating grease can be suppressed.
- the heat radiating sheet according to the embodiment of the present invention has a fourth direction different from the first direction, the second direction and the third direction.
- the surface may be provided with a plurality of fourth grooves extending in the direction and intersecting the first groove, the second groove and the third groove.
- the heat radiating sheet according to the embodiment of the present invention may further be provided with a plurality of grooves in one direction or two or more directions different from these directions on the surface.
- the heat-dissipating sheet laminate 100 according to the embodiment of the present invention is the heat-dissipating sheet 1 according to the embodiment of the present invention, and the surface of the heat-dissipating sheet 1 provided with the first groove and the second groove. Includes a thermal grease layer 110 formed on top of it. As a result, the contact thermal resistance between the heat generating element 210 and the heat radiating sheet 1 can be reduced, and the spread phenomenon of the heat radiating grease can be suppressed.
- the heat-dissipating grease 110 used in the heat-dissipating sheet laminate 100 according to the embodiment of the present invention is not particularly limited as long as it is a heat-dissipating grease usually used as a heat-dissipating material.
- the thermal grease is, for example, a paste obtained by kneading a liquid polymer and a filler.
- the filler for example, the same filler as that used for the heat radiating sheet 1 of the above-described embodiment of the present invention can be used.
- an inorganic filler is preferable from the viewpoint of electrical insulation, and among the inorganic fillers, alumina is more preferable from the viewpoint of thermal conductivity, insulation, and cost.
- Liquid polymers include, for example, hydrocarbon oils such as polyolefins, alkyl aromatics and alicyclic compounds, polyethers such as polyglycols and phenyl ethers, esters such as diesters and polyol esters, and aromatic phosphoric acid esters. Examples thereof include phosphorus compounds, silicon compounds such as silicones, halogen compounds such as fluorinated polyethers, mineral oils, fluorosilicones, acrylic resins and urethane resins. Among these liquid polymers, silicone is preferable from the viewpoint of heat resistance, weather resistance, electrical insulation and chemical stability.
- the amount of the heat-dissipating grease 110 used in the heat-dissipating sheet laminate 100 according to the embodiment of the present invention is 1.5 to 8 per 180 mm ⁇ 100 mm of the heat-dissipating sheet as long as the shape of the groove is within the above preferable range. It may be 0 ml, 2.3 to 4.5 ml, or 2.6 to 3.8 ml. Further, the viscosity of 25 ° C. at a shear rate of 10s-1 of ordinary thermal grease is effective if it is in the range of 15 to 1000 Pa ⁇ s, and in order to make it within the above range, for example, by a method of vacuum defoaming / mixing. You may adjust.
- the heat radiating sheet laminate of one embodiment of the present invention can be deformed as follows.
- the heat radiating grease 110 is arranged only on one surface side of the heat radiating sheet 1.
- the heat radiating greases 110 and 120 may be arranged on both sides of the heat radiating sheet 1E as in the heat radiating sheet laminated body 100A shown in FIG.
- the contact thermal resistance between the heat radiating sheet 1E and the heat sink 300 can also be reduced.
- the above-mentioned first groove and second groove are provided on both surfaces of the heat radiating sheet 1E.
- heat radiating sheet of the heat radiating sheet laminate of one embodiment of the present invention a modified example of the heat radiating sheet of one embodiment of the present invention may be used. In this case as well, the spread phenomenon of the heat-dissipating grease can be suppressed.
- the structure 200 according to the embodiment of the present invention includes the heat radiating sheet 1 according to the embodiment of the present invention, the heat generating element 210 mounted on the heat radiating sheet 1, and the heat radiating sheet 1 and the heat generating element 210.
- a heat radiating grease 110 is provided between the two.
- the above-mentioned first groove and second groove are provided on the surface of the heat radiating sheet 1 on the heat radiating grease 110 side.
- the heat radiating grease 110 the same heat radiating grease as that used for the above-mentioned heat radiating sheet laminate can be used.
- Heat generating element examples include a power device, a transistor, a thyristor, a CPU, an IGBT module, a diode and the like.
- the structure of one embodiment of the present invention can be modified as follows.
- ⁇ Modification example 1> In the structure 200 of the embodiment of the present invention shown in FIG. 5, the heat radiating grease 110 is arranged only on one surface side of the heat radiating sheet 1. However, as in the structure 200A shown in FIG. 6, the heat radiating greases 110 and 120 may be arranged on both sides of the heat radiating sheet 1E. As a result, the contact thermal resistance between the heat radiating sheet 1E and the heat sink 300 can also be reduced. In this case, the above-mentioned first groove and second groove are provided on both surfaces of the heat radiating sheet 1E.
- a substrate on which the heat generating element is mounted may be placed on the heat radiating sheet.
- ⁇ Modification example 3> As the heat radiating sheet of the structure of one embodiment of the present invention, a modified example of the heat radiating sheet of one embodiment of the present invention may be used. In this case as well, the spread phenomenon of the heat-dissipating grease can be suppressed.
- the heat-dissipating treatment method for the heat-generating element of the present invention includes a step of applying heat-dissipating grease to the surface of the heat-dissipating sheet 1 of the present invention provided with the first groove and the second groove, and the surface of the heat-dissipating sheet coated with the heat-dissipating grease.
- the step of arranging the heat generating element is included. As a result, the contact thermal resistance between the heat generating element and the heat radiating sheet can be reduced, and the spread phenomenon of the heat radiating grease can be suppressed.
- an automatic dispensing method or a screen printing method is used for the application of the thermal grease.
- the heat radiating sheet 1 of the embodiment of the present invention and the modified examples 1A to 1D thereof are only one form, and the heat radiating sheet of the present invention is not limited. Further, the heat radiating sheet laminated body 100 and the structure 200 of one embodiment of the present invention and the modified examples 100A and 200A thereof are only one form, and the heat radiating sheet laminated body and the structure of the present invention are not limited.
- the following evaluations were performed on the heat radiating sheets of Examples and Comparative Examples.
- the thickness of the heat radiating sheet was arbitrarily measured at 10 points using a thickness gauge (manufactured by Mitutoyo Co., Ltd., model number: 547-301), and the average value was taken as the thickness of the heat radiating sheet.
- the heat dissipation sheet conforms to JIS B0601: 2013 under the conditions of measurement length 10,000 ⁇ m, measurement pitch 10 ⁇ m, and measurement speed 500 ⁇ m. The surface roughness was measured.
- the depth of the grooves is determined by randomly extracting 5 grooves on the surface with a scanning electron microscope (SEM) after cross-sectioning by ion milling treatment in which Ar is irradiated to the surface direction of the heat radiation sheet. The depth was measured and the average value was adopted.
- SEM scanning electron microscope
- the width of the groove is determined by randomly extracting 5 grooves on the surface with a scanning electron microscope (SEM) after cross-sectioning by ion milling treatment in which Ar is irradiated to the surface direction of the heat radiation sheet. The width was measured and the average value was adopted.
- SEM scanning electron microscope
- the angle formed by the ridges in the two directions of the transfer sheet used to form the groove on the surface of the heat radiating sheet is the angle formed by the first direction and the second direction in the heat radiating sheet of the example or the comparative example. did.
- the shape of the ridges of the transfer sheet used to form the grooves on the surface of the heat radiating sheet was the shape of the first groove and the second groove in the heat radiating sheet of the example or the comparative example.
- the evaluation jig 400 fixes the transparent glass plate 420 and the glass plate 420 sandwiching the heat radiating sheet 500 and the heat radiating grease 600 dripping on the heat radiating sheet in combination with the aluminum plate 410 on which the heat radiating sheet 500 is placed and the aluminum plate 410.
- the aluminum plate 410 is provided with a hole 411 for passing the screw portion 441 of the bolt 440.
- the glass plate fixing plate 430 is provided with a hollow portion 431 for fitting the glass plate 420 and a hole 432 for passing the screw portion 441 of the bolt 440.
- the depth of the hollow portion 431 is slightly smaller than the thickness of the glass plate 420.
- the aluminum plate 110 an aluminum plate made of material A-5052 was used.
- the size of the aluminum plate 110 was 180 mm ⁇ 100 mm ⁇ 10 mm.
- the size of the glass plate 120 was 70 mm ⁇ 55 mm ⁇ 10 mm.
- a vinyl chloride resin was used for the glass plate fixing plate 130.
- the size of the glass plate fixing plate 130 was 180 mm ⁇ 100 mm ⁇ 30 mm mm.
- a heat radiating sheet 500 provided with a hole 510 for passing the screw portion 441 of the bolt 440 was placed on the aluminum plate 410. Then, 16 ml of the heat radiating grease 600 was dropped onto the heat radiating sheet 410 placed on the aluminum plate 410. The position where the heat radiating grease 600 was dropped on the heat radiating sheet 500 was a position corresponding to the center of the glass plate 420 placed on the heat radiating grease 600.
- the glass plate fixing plate 430 in which the glass plate 420 was fitted was placed on the heat radiating sheet 500 to which the heat radiating grease 600 was dropped.
- the heat-dissipating grease 600 is sandwiched between the heat-dissipating sheet 500 and the glass plate 420.
- the aluminum plate 410 and the glass plate 420 are used by using the nut 450. Tightened between.
- the tightening force per unit area between the aluminum plate 410 and the glass plate 420 was 0.2 MPa. As shown in FIG.
- the spread of the thermal paste 600 could be seen through the glass plate 420 and the glass plate fixing plate 430. Then, the thermal paste 600 was photographed through the glass plate 420 and the glass plate fixing plate 430, and the area (S1) of the thermal paste 600 spread from the photographed image was measured.
- the heat cycle test was performed with the evaluation jig 400 sandwiching the heat radiating sheet 500 and the heat radiating grease 600 horizontal.
- a 100-cycle heat cycle test was performed with one cycle of holding at a temperature of ⁇ 40 ° C. for 30 minutes and holding at a temperature of 125 ° C. for 30 minutes.
- the thermal paste 600 was photographed through the glass plate 420 and the glass plate fixing plate 430, and the area (S2) of the thermal paste 600 spread from the photographed image was measured. ..
- thermal grease used in the evaluation test of the spread phenomenon of thermal grease manufactured by Denka Co., Ltd., trade name: GFC-PF3, viscosity at 25 ° C. at a shear rate of 10s -1, 22 Pa ⁇ s, amount dropped: 3.2 ml
- Example 1 Preparation of hexagonal boron nitride
- Boric acid, melamine, and calcium carbonate (all of which are special grade reagents) are mixed at a mass ratio of 70:50: 5, and the temperature is raised from room temperature to 1400 ° C. in 1 hour in a nitrogen gas atmosphere at 1400 ° C. After holding for 3 hours, the temperature was raised to 1900 ° C. for 4 hours, held at 1900 ° C. for 2 hours, and then cooled to room temperature to produce hexagonal boron nitride. After crushing this, it was crushed and sieved to prepare massive boron nitride particles. The average particle size of the produced massive boron nitride particles was 50 ⁇ m.
- composition for heat dissipation sheet 650 g of the produced massive boron nitride particles were added to 110 g of silicone resin (manufactured by Asahi Kasei Wacker Silicone Co., Ltd., model number: LR3303-20A) and 110 g of silicone resin (manufactured by Asahi Kasei Wacker Silicone Co., Ltd., model number: LR3303-20B).
- the distance between the adjacent first ridges and the distance between the adjacent second ridges on the transfer sheet was 1.0 mm.
- the width of the first ridge and the second ridge was 10 ⁇ m.
- the height of the first ridge and the second ridge was 20 ⁇ m.
- the angle formed by the first direction and the second direction was 90 °.
- the first ridge and the second ridge were linearly extending ridges.
- the cross-sectional shape of the first ridge and the second ridge was quadrangular.
- Heat dissipation sheet After placing the transfer sheet on the precursor sheet, press for 30 minutes under the conditions of a temperature of 165 ° C and a pressure of 150 kgf / cm 2 using a flat plate press (manufactured by Yanase Seisakusho Co., Ltd.). Then, a groove was formed on the surface of the heat radiating sheet precursor sheet to prepare the heat radiating sheet of Example 1.
- Example 2 Heat-dissipating sheet The heat-dissipating sheet of Example 2 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pressure of the flat plate press when forming the groove on the surface of the precursor sheet was changed from 150 kgf / cm 2 to 220 kgf / cm 2. Made.
- Example 3 Heat-dissipating sheet The heat-dissipating sheet of Example 3 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pressure of the flat plate press when forming the groove on the surface of the precursor sheet was changed from 150 kgf / cm 2 to 50 kgf / cm 2. Made.
- Example 4 After arranging a polyimide film (manufactured by Toray DuPont Co., Ltd., trade name Kapton 100H, thickness 0.026 mm) as a base resin layer on a Teflon (registered trademark) sheet when preparing a heat-dissipating sheet precursor sheet, The above composition for heat radiating sheet was coated on a polyimide film with a thickness of 0.2 mm with a comma coater, dried at 75 ° C. for 5 minutes, and the composition for heat radiating sheet was coated on one side of the polyimide film.
- a polyimide film manufactured by Toray DuPont Co., Ltd., trade name Kapton 100H, thickness 0.026 mm
- Teflon registered trademark
- Example 4 After the polyimide film so that it is on the upper side, apply the composition for heat dissipation sheet on the polyimide film to a thickness of 0.2 mm with a comma coater, dry at 75 ° C. for 5 minutes, and heat dissipation sheets on both sides. A sheet of the composition for heat dissipation sheet coated with the composition for heat dissipation was prepared. Other than that, the heat radiating sheet of Example 4 was produced in the same manner as in Example 1.
- Table 1 shows the evaluation results of the heat dissipation sheets of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1.
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Abstract
本発明の放熱シート(1D)は第1の方向(A)に延びる複数の第1の溝(10)を表面(2)に備える。本発明の放熱シート積層体は本発明の放熱シート及び放熱グリース層を含む。本発明の構造体は本発明の放熱シート、放熱シートに載置された発熱素子、及び放熱シート及び発熱素子の間に介在する放熱グリースを備える。本発明の発熱素子の放熱処理方法は本発明の放熱シートに熱グリースを塗布する工程、及び放熱グリースを塗布した面に発熱素子を配置する工程を含む。本発明によれば、発熱素子と放熱シートとの間に放熱グリース層を介在させたとき、放熱グリース層の広がり現象を抑制できる放熱シート、その放熱シートを含む放熱シート積層体、その放熱シートを備える構造体及びその放熱シートを用いた発熱素子の放熱処理方法を提供できる。
Description
本発明は、放熱シート、その放熱シートを含む放熱シート積層体、その放熱シートを備える構造体及びその放熱シートを用いた発熱素子の放熱処理方法に関する。
パワーデバイス、トランジスタ、サイリスタ、CPUなどの発熱素子においては、使用時に発生する熱を如何に効率的に放熱するかが重要な課題となっている。従来から、このような放熱対策としては、発熱素子から発生した熱をヒートシンクなどの放熱部品へ伝導させ放熱することが一般的に行われてきた。発熱素子から発生した熱を放熱部品へ効率よく熱伝導させるために、発熱素子と放熱部品との間に接触界面におけるエアーギャップを放熱材料で埋めることが望ましい。取り扱いが容易であることから、そのような放熱材料として、従来から放熱シートが用いられていた(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、放熱シートは発熱素子の実装面におけるミクロな凹凸に対して追従できないため、発熱素子に対する放熱シートの密着性が不十分となる場合がある。このため、発熱素子と放熱シートとの間の接触熱抵抗が大きくなる場合がある。
本発明者らは、鋭意研究を進めたところ、発熱素子と放熱シートとの間に放熱グリースを介在させることにより、発熱素子と放熱シートとの間の接触熱抵抗を低減できることを見出した。しかし、本発明者らは、発熱素子と放熱シートとの間の接触熱抵抗を低減するのに十分な量の放熱グリースを発熱素子と放熱シートとの間に介在させると、放熱グリースの広がりが非常に大きくなることも見出した。このため、十分な量の放熱グリースを発熱素子と放熱シートとの間に介在させたとき、放熱グリースの広がりを抑制できることが好ましい。
そこで、本発明は、発熱素子と放熱シートとの間に放熱グリースを介在させたとき、放熱グリースの広がりを抑制できる放熱シート、その放熱シートを含む放熱シート積層体、その放熱シートを備える構造体及びその放熱シートを用いた発熱素子の放熱処理方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意研究を進めたところ、放熱シートの表面に所定の溝を設けることにより、上記の目的を達成することができることを見出した。
本発明は、上記の知見に基づくものであり、以下を要旨とする。
[1]第1の方向に延びる複数の第1の溝を表面に備える放熱シート。
[2]第1の溝に挟まれた部分の表面が平滑である上記[1]に記載の放熱シート。
[3]隣接する第1の溝の間の距離が100~1500μmである上記[1]または[2]に記載の放熱シート。
[4]第1の溝の深さが5~25μmである上記[1]~[3]のいずれか1つに記載の放熱シート。
[5]第1の溝の幅が5~25μmである上記[1]~[4]のいずれか1つに記載の放熱シート。
[6]第1の溝が直線状に延びる溝である上記[1]~[5]のいずれか1つに記載の放熱シート。
[7]第1の方向とは異なる第2の方向に延び、第1の溝と交差する複数の第2の溝を、表面に、さらに備える上記[1]~[6]のいずれか1つに記載の放熱シート。
[8]第1の溝及び第2の溝に囲まれた部分の表面が平滑である上記[7]に記載の放熱シート。
[9]第1の方向及び第2の方向のなす角度が60~120°である上記[7]または[8]に記載の放熱シート。
[10]ガラス転移点が200℃以上である樹脂を含む基材樹脂層を含有する上記[1]~[9]のいずれか1つに記載の放熱シート。
[11]上記[1]~[10]のいずれか1つに記載の放熱シート、及び放熱シートにおける溝を備えた表面の上に形成された放熱グリース層を含む放熱シート積層体。
[12]上記[1]~[10]のいずれか1つに記載の放熱シート、放熱シートに載置された発熱素子、及び放熱シート及び発熱素子の間に介在する放熱グリースを備える構造体。
[13]上記[1]~[10]のいずれか1つに記載の放熱シートにおける溝を備えた表面に放熱グリースを塗布する工程、及び放熱グリースを塗布した放熱シートの表面に発熱素子を配置する工程を含む発熱素子の放熱処理方法。
本発明は、上記の知見に基づくものであり、以下を要旨とする。
[1]第1の方向に延びる複数の第1の溝を表面に備える放熱シート。
[2]第1の溝に挟まれた部分の表面が平滑である上記[1]に記載の放熱シート。
[3]隣接する第1の溝の間の距離が100~1500μmである上記[1]または[2]に記載の放熱シート。
[4]第1の溝の深さが5~25μmである上記[1]~[3]のいずれか1つに記載の放熱シート。
[5]第1の溝の幅が5~25μmである上記[1]~[4]のいずれか1つに記載の放熱シート。
[6]第1の溝が直線状に延びる溝である上記[1]~[5]のいずれか1つに記載の放熱シート。
[7]第1の方向とは異なる第2の方向に延び、第1の溝と交差する複数の第2の溝を、表面に、さらに備える上記[1]~[6]のいずれか1つに記載の放熱シート。
[8]第1の溝及び第2の溝に囲まれた部分の表面が平滑である上記[7]に記載の放熱シート。
[9]第1の方向及び第2の方向のなす角度が60~120°である上記[7]または[8]に記載の放熱シート。
[10]ガラス転移点が200℃以上である樹脂を含む基材樹脂層を含有する上記[1]~[9]のいずれか1つに記載の放熱シート。
[11]上記[1]~[10]のいずれか1つに記載の放熱シート、及び放熱シートにおける溝を備えた表面の上に形成された放熱グリース層を含む放熱シート積層体。
[12]上記[1]~[10]のいずれか1つに記載の放熱シート、放熱シートに載置された発熱素子、及び放熱シート及び発熱素子の間に介在する放熱グリースを備える構造体。
[13]上記[1]~[10]のいずれか1つに記載の放熱シートにおける溝を備えた表面に放熱グリースを塗布する工程、及び放熱グリースを塗布した放熱シートの表面に発熱素子を配置する工程を含む発熱素子の放熱処理方法。
本発明によれば、発熱素子と放熱シートとの間に放熱グリースを介在させたとき、放熱グリースの広がりを抑制できる放熱シート、その放熱シートを含む放熱シート積層体、その放熱シートを備える構造体及びその放熱シートを用いた発熱素子の放熱処理方法を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
[放熱シート]
図1を参照して、本発明の一実施形態の放熱シートを、第1の溝と第2の溝を有する放熱シートを例に、説明する。図1は、本発明の一実施形態の放熱シートの斜視図である。本発明の一実施形態の放熱シート1は、第1の方向Aに延びる複数の第1の溝10及び第1の方向Aとは異なる第2の方向Bに延び、第1の溝10と交差する複数の第2の溝20を、表面2に備える。これにより、発熱素子と放熱シートとの間に放熱グリースを介在させたとき、放熱グリースの広がりを抑制できる。なお、発熱素子と放熱シートとの間に放熱グリースを介在させたとき、放熱グリースが広がる現象を以下、放熱グリースの広がり現象という。
[放熱シート]
図1を参照して、本発明の一実施形態の放熱シートを、第1の溝と第2の溝を有する放熱シートを例に、説明する。図1は、本発明の一実施形態の放熱シートの斜視図である。本発明の一実施形態の放熱シート1は、第1の方向Aに延びる複数の第1の溝10及び第1の方向Aとは異なる第2の方向Bに延び、第1の溝10と交差する複数の第2の溝20を、表面2に備える。これにより、発熱素子と放熱シートとの間に放熱グリースを介在させたとき、放熱グリースの広がりを抑制できる。なお、発熱素子と放熱シートとの間に放熱グリースを介在させたとき、放熱グリースが広がる現象を以下、放熱グリースの広がり現象という。
以下の説明は本発明を限定するものではないが、放熱グリースの広がり現象を抑制できるのは以下の理由によるものと考えられる。放熱シートの熱膨張により、放熱シートと発熱素子との間の接触界面における微小な隙間が小さくなると、隙間を充填していた余分な放熱グリースは、放熱シートの表面の溝の中に流れ、溝の中に保持される。一方、放熱シートの熱収縮により、放熱シートと発熱素子との間の接触界面における隙間が大きくなると、放熱シートの表面の溝の中に保持されていた放熱グリースが大きくなった隙間に供給される。このように、放熱シートが熱膨張及び熱収縮を起こしても、放熱グリースは、上記隙間の中及び溝の中の間を行き来するだけなので、放熱グリースが広がることを抑制できると考えられる。
本発明の一実施形態の放熱シート1は、複数の第1の溝10及び複数の第2の溝20を表面2に備えている限り、複数の第1の溝10及び複数の第2の溝20を備えている表面はとくに限定されない。例えば、本発明の一実施形態の放熱シート1は、放熱シートの2つの主なる面2,3のうち、放熱シートの一方の面2のみに複数の第1の溝10及び複数の第2の溝20を備えているが、放熱シートの両方の面に複数の第1の溝及び複数の第2の溝を備えていてもよい。また、放熱シートの面全体に複数の第1の溝及び複数の第2の溝を備えていてもよいし、放熱シートの面の一部に複数の第1の溝及び複数の第2の溝を備えていてもよい。また、複数の第1の溝及び複数の第2の溝は、それぞれ等間隔に並んでいてもよいし、異なる間隔で並んでいてもよい。さらに、第1の溝及び第2の溝の起点と終点が放熱シートの外周に存在する必要はなく、さらに、起点と終点の少なくとも一方が放熱シートの外周になくてもよい。
(第1の溝及び第2の溝に囲まれた部分の表面)
本発明の一実施形態の放熱シート1における第1の溝10及び第2の溝20に囲まれた部分の表面30は平滑であることが好ましい。これにより、本発明の一実施形態の放熱シート1の表面2に複数の第1の溝10及び複数の第2の溝20を設けることにより生ずる放熱シート1の接触熱抵抗の上昇を抑制することができる。表面粗さをパラメータとして表面の平滑さを表した場合、第1の溝10及び第2の溝20に囲まれた部分の表面30の表面粗さは、算術平均粗さ(Ra)で、好ましくは1.4~3.0μmであり、より好ましくは2.0~2.7μmである。また、第1の溝10及び第2の溝20に囲まれた部分の表面30の表面粗さは、十点平均粗さ(Rz)で、好ましくは11~25μmであり、より好ましくは15~23μmである。なお、算術平均粗さ(Ra)及び十点平均粗さ(Rz)はJIS B0601:2013に準拠して測定した値である。
本発明の一実施形態の放熱シート1における第1の溝10及び第2の溝20に囲まれた部分の表面30は平滑であることが好ましい。これにより、本発明の一実施形態の放熱シート1の表面2に複数の第1の溝10及び複数の第2の溝20を設けることにより生ずる放熱シート1の接触熱抵抗の上昇を抑制することができる。表面粗さをパラメータとして表面の平滑さを表した場合、第1の溝10及び第2の溝20に囲まれた部分の表面30の表面粗さは、算術平均粗さ(Ra)で、好ましくは1.4~3.0μmであり、より好ましくは2.0~2.7μmである。また、第1の溝10及び第2の溝20に囲まれた部分の表面30の表面粗さは、十点平均粗さ(Rz)で、好ましくは11~25μmであり、より好ましくは15~23μmである。なお、算術平均粗さ(Ra)及び十点平均粗さ(Rz)はJIS B0601:2013に準拠して測定した値である。
(隣接する溝の間の距離)
本発明の一実施形態の放熱シート1における隣接する第1の溝10の間の距離D10は好ましくは100~1500μmである。隣接する第1の溝10の間の距離D10が100μm以上であると、発熱素子及び放熱シート1の間の接触面積が大きくなり、発熱素子及び放熱シート1の間の密着性を高めることができ、これにより、放熱シート1の接触熱抵抗を低減することができる。隣接する第1の溝10の間の距離D10が1500μm以下であると、放熱グリースの広がり現象を効果的に抑制できる。このような観点から、隣接する第1の溝10の間の距離D10は、より好ましくは200~1300μmであり、さらに好ましくは250~1100μmである。また、同様の観点から隣接する第2の溝20の間の距離D20は、好ましくは100~1500μmであり、より好ましくは200~1300μmであり、さらに好ましくは250~1100μmである。なお、上記の通り、第1の溝及び第2の溝は放熱シート全体に形成されても、放熱シートの一部に形成されてもよいが、隣接する溝の間の距離の上記いずれかの好ましい範囲で、第1の溝及び第2の溝が放熱シート全体に形成されるのが好ましい。
本発明の一実施形態の放熱シート1における隣接する第1の溝10の間の距離D10は好ましくは100~1500μmである。隣接する第1の溝10の間の距離D10が100μm以上であると、発熱素子及び放熱シート1の間の接触面積が大きくなり、発熱素子及び放熱シート1の間の密着性を高めることができ、これにより、放熱シート1の接触熱抵抗を低減することができる。隣接する第1の溝10の間の距離D10が1500μm以下であると、放熱グリースの広がり現象を効果的に抑制できる。このような観点から、隣接する第1の溝10の間の距離D10は、より好ましくは200~1300μmであり、さらに好ましくは250~1100μmである。また、同様の観点から隣接する第2の溝20の間の距離D20は、好ましくは100~1500μmであり、より好ましくは200~1300μmであり、さらに好ましくは250~1100μmである。なお、上記の通り、第1の溝及び第2の溝は放熱シート全体に形成されても、放熱シートの一部に形成されてもよいが、隣接する溝の間の距離の上記いずれかの好ましい範囲で、第1の溝及び第2の溝が放熱シート全体に形成されるのが好ましい。
(溝の深さ)
本発明の一実施形態の放熱シート1における第1の溝10の深さH10は、好ましくは5~25μmである。第1の溝10の深さH10が5μm以上であると、放熱グリースの広がり現象を抑制しながら発熱素子と放熱シートとの間の接触熱抵抗を低減するのに十分な量の放熱グリースを第1の溝10の中に保持することができる。第1の溝10の深さH10が25μm以下であると、発熱素子と放熱シートとの間に介在していた放熱グリースの多くが第1の溝10の中に保持され、発熱素子と放熱シートとの間に介在する放熱グリースが不足することを抑制できる。このような観点から、第1の溝10の深さH10は、より好ましくは10~20μmであり、さらに好ましくは13~18μmである。同様の観点から、第2の溝20の深さH20は、好ましくは5~25μmであり、より好ましくは10~20μmであり、さらに好ましくは13~18μmである。第1の溝10の深さH10及び第2の溝の深さH20は、溝ごとに異なってもよいし、同じでもよい。溝の深さが溝ごとに異なっている場合、その差は小さい方が好ましい。また、第1の溝10の深さH10と第2の溝20の深さH20とは異なってもよいし、同じでもよい。溝の深さが第1の溝と第2の溝との間で異なっている場合、その差は小さい方が好ましい。また、一つの溝を通して溝の深さは同じであってもよいし、溝の深さが異なる部分があってもよい。溝の深さが異なる部分がある場合、その差は小さい方が好ましい。
本発明の一実施形態の放熱シート1における第1の溝10の深さH10は、好ましくは5~25μmである。第1の溝10の深さH10が5μm以上であると、放熱グリースの広がり現象を抑制しながら発熱素子と放熱シートとの間の接触熱抵抗を低減するのに十分な量の放熱グリースを第1の溝10の中に保持することができる。第1の溝10の深さH10が25μm以下であると、発熱素子と放熱シートとの間に介在していた放熱グリースの多くが第1の溝10の中に保持され、発熱素子と放熱シートとの間に介在する放熱グリースが不足することを抑制できる。このような観点から、第1の溝10の深さH10は、より好ましくは10~20μmであり、さらに好ましくは13~18μmである。同様の観点から、第2の溝20の深さH20は、好ましくは5~25μmであり、より好ましくは10~20μmであり、さらに好ましくは13~18μmである。第1の溝10の深さH10及び第2の溝の深さH20は、溝ごとに異なってもよいし、同じでもよい。溝の深さが溝ごとに異なっている場合、その差は小さい方が好ましい。また、第1の溝10の深さH10と第2の溝20の深さH20とは異なってもよいし、同じでもよい。溝の深さが第1の溝と第2の溝との間で異なっている場合、その差は小さい方が好ましい。また、一つの溝を通して溝の深さは同じであってもよいし、溝の深さが異なる部分があってもよい。溝の深さが異なる部分がある場合、その差は小さい方が好ましい。
(溝の幅)
本発明の一実施形態の放熱シート1における第1の溝10の幅W10は好ましくは5~25μmである。第1の溝10の幅W10が5μm以上であると、放熱グリースの広がり現象をさらに抑制できる。第1の溝10の幅W10が25μm以下であると、発熱素子及び放熱シート1の間の接触面積が大きくなり、発熱素子及び放熱シート1の間の密着性を高めることができ、これにより、放熱シート1の熱抵抗を低減することができる。このような観点から、第1の溝10の幅W10は、より好ましくは7~20μmであり、さらに好ましくは8~15μmである。同様の観点から、第2の溝20の幅W20は、好ましくは5~25μmであり、より好ましくは7~20μmであり、さらに好ましくは8~15μmである。なお、第1の溝10の幅W10は溝ごとに異なってもよいし、同じでもよい。また、第2の溝10の幅W20は溝ごとに異なってもよいし、同じでもよい。溝の幅が溝ごとに異なっている場合、その差は小さい方が好ましい。第1の溝10の幅W10と第2の溝20の幅W20とは異なってもよいし、同じでもよい。溝の幅が第1の溝と第2の溝との間で異なっている場合、その差は小さい方が好ましい。また、一つの溝を通して溝の幅は同じであってもよいし、溝の幅が異なる部分があってもよい。溝の幅が異なる部分がある場合、その差は小さい方が好ましい。
本発明の一実施形態の放熱シート1における第1の溝10の幅W10は好ましくは5~25μmである。第1の溝10の幅W10が5μm以上であると、放熱グリースの広がり現象をさらに抑制できる。第1の溝10の幅W10が25μm以下であると、発熱素子及び放熱シート1の間の接触面積が大きくなり、発熱素子及び放熱シート1の間の密着性を高めることができ、これにより、放熱シート1の熱抵抗を低減することができる。このような観点から、第1の溝10の幅W10は、より好ましくは7~20μmであり、さらに好ましくは8~15μmである。同様の観点から、第2の溝20の幅W20は、好ましくは5~25μmであり、より好ましくは7~20μmであり、さらに好ましくは8~15μmである。なお、第1の溝10の幅W10は溝ごとに異なってもよいし、同じでもよい。また、第2の溝10の幅W20は溝ごとに異なってもよいし、同じでもよい。溝の幅が溝ごとに異なっている場合、その差は小さい方が好ましい。第1の溝10の幅W10と第2の溝20の幅W20とは異なってもよいし、同じでもよい。溝の幅が第1の溝と第2の溝との間で異なっている場合、その差は小さい方が好ましい。また、一つの溝を通して溝の幅は同じであってもよいし、溝の幅が異なる部分があってもよい。溝の幅が異なる部分がある場合、その差は小さい方が好ましい。
(表面における溝の面積の割合)
放熱シート1を厚さ方向に投影したときの面積(S)に対する、第1の溝10及び第2の溝20を厚さ方向に投影したときの面積(Sg)の割合(Sg/S×100%)は、2~20%であることが好ましい。上記面積の割合が2%以上であると、放熱グリースの広がり現象をより効果的に抑制することができる。また、上記面積の割合が20%以下であると、発熱素子及び放熱シート1の間の接触面積を大きくすることができ、発熱素子及び放熱シート1の間の密着性をさらに高くすることができる。このような観点から、上記面積の割合は、より好ましくは3~15%であり、さらに好ましくは4~12%である。
放熱シート1を厚さ方向に投影したときの面積(S)に対する、第1の溝10及び第2の溝20を厚さ方向に投影したときの面積(Sg)の割合(Sg/S×100%)は、2~20%であることが好ましい。上記面積の割合が2%以上であると、放熱グリースの広がり現象をより効果的に抑制することができる。また、上記面積の割合が20%以下であると、発熱素子及び放熱シート1の間の接触面積を大きくすることができ、発熱素子及び放熱シート1の間の密着性をさらに高くすることができる。このような観点から、上記面積の割合は、より好ましくは3~15%であり、さらに好ましくは4~12%である。
(第1の方向及び第2の方向のなす角度)
本発明の一実施形態の放熱シート1において、第1の溝10が延びる方向である第1の方向A及び第2の溝20が延びる方向である第2の方向Bのなす角度が、図1に示すように90°である。第1の方向A及び第2の方向Bのなす角度が90°であると、放熱グリースの広がり現象を、放熱シート1の面方向に対してより均一に抑制できる。
本発明の一実施形態の放熱シート1において、第1の溝10が延びる方向である第1の方向A及び第2の溝20が延びる方向である第2の方向Bのなす角度が、図1に示すように90°である。第1の方向A及び第2の方向Bのなす角度が90°であると、放熱グリースの広がり現象を、放熱シート1の面方向に対してより均一に抑制できる。
(溝の形状)
本発明の一実施形態の放熱シート1において、図1に示すように、第1の溝10及び第2の溝20が直線状に延びる溝であることが好ましい。これにより、放熱シート及び発熱素子の間のギャップの中と溝の中との間の放熱グリースの移動がより容易になり、放熱グリースの広がり現象をより抑制することができる。なお、放熱シートの形成された全ての溝が直線状に延びる溝である必要はない。しかし、溝の全本数の50%以上が直線状に延びる溝であることが好ましく、70%以上が直線状に延びる溝であることがより好ましく、90%以上が直線状に延びる溝であることがさらに好ましい。
本発明の一実施形態の放熱シート1において、図1に示すように、第1の溝10及び第2の溝20が直線状に延びる溝であることが好ましい。これにより、放熱シート及び発熱素子の間のギャップの中と溝の中との間の放熱グリースの移動がより容易になり、放熱グリースの広がり現象をより抑制することができる。なお、放熱シートの形成された全ての溝が直線状に延びる溝である必要はない。しかし、溝の全本数の50%以上が直線状に延びる溝であることが好ましく、70%以上が直線状に延びる溝であることがより好ましく、90%以上が直線状に延びる溝であることがさらに好ましい。
(厚さ)
本発明の一実施形態の放熱シート1の厚さは、好ましくは100~1000μmである。本発明の一実施形態の放熱シート1の厚さが100μm以上であると、放熱シート1は、発熱素子の実装面の凹凸に対して、より追従することができる。一方、本発明の一実施形態の放熱シート1の厚さが1000μm以下であると、放熱シートの熱抵抗を低減することができる。このような観点から、本発明の一実施形態の放熱シート1の厚さは、より好ましくは150~650μmである。
本発明の一実施形態の放熱シート1の厚さは、好ましくは100~1000μmである。本発明の一実施形態の放熱シート1の厚さが100μm以上であると、放熱シート1は、発熱素子の実装面の凹凸に対して、より追従することができる。一方、本発明の一実施形態の放熱シート1の厚さが1000μm以下であると、放熱シートの熱抵抗を低減することができる。このような観点から、本発明の一実施形態の放熱シート1の厚さは、より好ましくは150~650μmである。
(放熱シートの成分)
本発明の一実施形態の放熱シート1の成分は、放熱シートに通常に用いられている成分であれば、とくに限定されない。例えば、本発明の一実施形態の放熱シート1は、樹脂バインダー及び熱伝導率の高い充填材を含有することができる。
本発明の一実施形態の放熱シート1の成分は、放熱シートに通常に用いられている成分であれば、とくに限定されない。例えば、本発明の一実施形態の放熱シート1は、樹脂バインダー及び熱伝導率の高い充填材を含有することができる。
<樹脂バインダー>
本発明の一実施形態の放熱シート1に使用する樹脂バインダーは、放熱シートに通常用いられる樹脂バインダーであれば、とくに限定されない。本発明の一実施形態の放熱シート1に使用する樹脂バインダーには、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド(例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド等)、ポリエステル(例えば、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等)、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、全芳香族ポリエステル、ポリスルホン、液晶ポリマー、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、マレイミド変性樹脂、ABS樹脂、AAS(アクリロニトリル-アクリルゴム・スチレン)樹脂、AES(アクリロニトリル・エチレン・プロピレン・ジエンゴム-スチレン)樹脂等が挙げられる。これらは、1種を単独で、または2種以上を組み合わせて使用することができる。放熱シート1の取り扱いを容易にするという観点及び放熱シート1の柔軟性により放熱シート1の密着性をより高めるという観点から、樹脂バインダーはゴムまたはエラストマーであることが好ましい。これらの中で、耐熱性、耐候性、電気絶縁性及び化学的安定性の観点からシリコーン樹脂が好ましい。
本発明の一実施形態の放熱シート1に使用する樹脂バインダーは、放熱シートに通常用いられる樹脂バインダーであれば、とくに限定されない。本発明の一実施形態の放熱シート1に使用する樹脂バインダーには、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド(例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド等)、ポリエステル(例えば、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等)、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、全芳香族ポリエステル、ポリスルホン、液晶ポリマー、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、マレイミド変性樹脂、ABS樹脂、AAS(アクリロニトリル-アクリルゴム・スチレン)樹脂、AES(アクリロニトリル・エチレン・プロピレン・ジエンゴム-スチレン)樹脂等が挙げられる。これらは、1種を単独で、または2種以上を組み合わせて使用することができる。放熱シート1の取り扱いを容易にするという観点及び放熱シート1の柔軟性により放熱シート1の密着性をより高めるという観点から、樹脂バインダーはゴムまたはエラストマーであることが好ましい。これらの中で、耐熱性、耐候性、電気絶縁性及び化学的安定性の観点からシリコーン樹脂が好ましい。
金属腐食の原因となるイオン性の不純物を含まず、反応後に副生成物を発生しないという観点から、本発明の一実施形態の放熱シート1に使用するシリコーン樹脂は、付加反応型シリコーン樹脂であることが好ましい。付加反応型シリコーン樹脂は、白金化合物を触媒として用いて、アルケニル基とケイ素原子に結合した水素原子との間のヒドロシリル化反応により硬化したものである。付加反応型シリコーンには、例えば旭化成ワッカーシリコーン株式会社製の商品名「LR3303-20A/B」のシリコーンがある。
<充填材>
本発明の一実施形態の放熱シート1に使用する充填材は、放熱シートに通常用いられる充填材であれば、とくに限定されない。本発明の一実施形態の放熱シート1に使用する充填材には、例えば、無機系充填材、金属系充填材などが挙げられる。無機系充填材には、例えば、酸化亜鉛、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミ、炭化ケイ素、窒化ケイ素などが挙げられる。金属系充填材には、例えば、アルミニウム、銀、銅などが挙げられる。これらは、1種を単独で、または2種以上を組み合わせて使用することができる。これらの中で、電気絶縁性の観点から無機系充填材が好ましく、無機系充填材の中で、熱伝導率及び化学的安定性の観点から窒化ホウ素がより好ましい。また、窒化ホウ素は熱伝導性に異方性を有するので、この熱伝導性の異方性を抑制した塊状窒化ホウ素粒子がさらに好ましい。なお、塊状窒化ホウ素粒子は、六方晶窒化ホウ素の鱗片状粒子を塊状に凝集させた粒子である。
本発明の一実施形態の放熱シート1に使用する充填材は、放熱シートに通常用いられる充填材であれば、とくに限定されない。本発明の一実施形態の放熱シート1に使用する充填材には、例えば、無機系充填材、金属系充填材などが挙げられる。無機系充填材には、例えば、酸化亜鉛、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミ、炭化ケイ素、窒化ケイ素などが挙げられる。金属系充填材には、例えば、アルミニウム、銀、銅などが挙げられる。これらは、1種を単独で、または2種以上を組み合わせて使用することができる。これらの中で、電気絶縁性の観点から無機系充填材が好ましく、無機系充填材の中で、熱伝導率及び化学的安定性の観点から窒化ホウ素がより好ましい。また、窒化ホウ素は熱伝導性に異方性を有するので、この熱伝導性の異方性を抑制した塊状窒化ホウ素粒子がさらに好ましい。なお、塊状窒化ホウ素粒子は、六方晶窒化ホウ素の鱗片状粒子を塊状に凝集させた粒子である。
充填材の平均粒子径は、好ましくは15~90μmである。充填材の平均粒子径が15μm以上であると、充填材の含有量を高くすることができる。一方、充填材の平均粒子径が90μm以下であると、放熱シートを薄くすることができる。このような観点から、充填材の平均粒子径は、より好ましくは20~70μmであり、さらに好ましくは25~50μmであり、とくに好ましくは25~45μmである。なお、充填材の平均粒子径は、例えば、ベックマンコールター社製レーザー回折散乱法粒度分布測定装置、(LS-13 320)を用いて測定することができる。充填材の平均粒子径には、測定処理の前にホモジナイザーをかけずに測定したものを採用することができる。なお、得られた平均粒子径は、例えば体積統計値による平均粒子径である。
樹脂バインダー及び充填材の合計100体積%に対する充填材の含有量は、30~85体積%が好ましく、40~80体積%がより好ましい。充填材の含有量が30体積%以上の場合、放熱シート1の熱伝導率が向上し、十分な放熱性能が得られやすい。また、充填材の含有量が85体積%以下の場合、放熱シートの成形時に空隙が生じやすくなることを抑制でき、放熱シート1の絶縁性や機械強度を高めることができる。
<補強層>
本発明の一実施形態の放熱シート1は、補強層を備えていてもよい。補強層は、放熱シート1の機械的強度をさらに向上させる役目を担い、さらには放熱シート1が厚さ方向に圧縮されたとき、放熱シート1の平面方向への延伸を抑制し、絶縁性を確保する効果も奏する。補強層には、例えば、ガラスクロス、アルミナクロス、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル樹脂などの樹脂フィルム、木綿、麻、アラミド繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、ポリオレフィン繊維などの布繊維メッシュクロス、アラミド繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、ポリオレフィン繊維などの不織布、ステンレス、銅、アルミニウムなどの金属繊維メッシュクロス、銅、ニッケル、アルミニウムなど金属箔などが挙げられる。これらは、1種を単独で、または2種以上を組み合わせて使用することができる。これらの中で、熱伝導性及び絶縁性の観点から、ガラスクロスが好ましい。
本発明の一実施形態の放熱シート1は、補強層を備えていてもよい。補強層は、放熱シート1の機械的強度をさらに向上させる役目を担い、さらには放熱シート1が厚さ方向に圧縮されたとき、放熱シート1の平面方向への延伸を抑制し、絶縁性を確保する効果も奏する。補強層には、例えば、ガラスクロス、アルミナクロス、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル樹脂などの樹脂フィルム、木綿、麻、アラミド繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、ポリオレフィン繊維などの布繊維メッシュクロス、アラミド繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、ポリオレフィン繊維などの不織布、ステンレス、銅、アルミニウムなどの金属繊維メッシュクロス、銅、ニッケル、アルミニウムなど金属箔などが挙げられる。これらは、1種を単独で、または2種以上を組み合わせて使用することができる。これらの中で、熱伝導性及び絶縁性の観点から、ガラスクロスが好ましい。
補強層としてガラスクロスを用いる場合、一般に市販されているような開口部を有するガラスクロスを使用できる。熱伝導性の観点から、ガラスクロスの厚さは、好ましくは10μm~150μm、より好ましくは15~90μm、さらに好ましくは20~50μmである。ガラスクロスの厚さが10μm以上の場合、ハンドリング時にガラスクロスが壊れるのを抑制することができる。一方、ガラスクロスの厚さが150μm以下の場合、ガラスクロスによる放熱シートの熱伝導率の低下を抑制することができる。市販されているガラスクロスでは繊維径が4~9μmのものがあり、これらを放熱シート1に使用することができる。またガラスクロスの引張強度は、例えば、100~1000N/25mmである。またガラスクロスの開口部の一辺の長さは、熱伝導性及び強度のバランスを取るという観点から、好ましくは0.1~1.0mmである。放熱シート1に使用できるガラスクロスには、例えばユニチカ社製、商品名「H25 F104」がある。
なお、放熱シート1には、樹脂バインダー、充填材及び補強層以外の成分が含まれてもよい。その他の成分は添加剤、難燃剤、シリコーンオイル、シラン材、シランカップリング剤、白金触媒、硬化剤、着色剤等であり、放熱シート1の体積100体積%中、例えば10体積%以下、5体積%以下、好ましくは3体積%以下、より好ましくは1体積%以下であってよい。
<基材樹脂層>
本発明の放熱シートは基材樹脂層を備えていてもよい。基材樹脂層は、放熱シートの耐熱性をさらに向上させる役目を担う。この場合、本発明の放熱シートは、上述の樹脂バインダー及び充填材を含有する樹脂組成物層と、この樹脂組成物層に隣接する基材樹脂層とを含む。そして、樹脂組成物層の一方の面に上述の溝が形成され、樹脂組成物層の他方の面側に基材樹脂層が配置されることが好ましい。また、樹脂組成物層は上述の補強層を備えていてもよい。
本発明の放熱シートは基材樹脂層を備えていてもよい。基材樹脂層は、放熱シートの耐熱性をさらに向上させる役目を担う。この場合、本発明の放熱シートは、上述の樹脂バインダー及び充填材を含有する樹脂組成物層と、この樹脂組成物層に隣接する基材樹脂層とを含む。そして、樹脂組成物層の一方の面に上述の溝が形成され、樹脂組成物層の他方の面側に基材樹脂層が配置されることが好ましい。また、樹脂組成物層は上述の補強層を備えていてもよい。
基材樹脂層は、ガラス転移点が200℃以上である樹脂を含むことが好ましい。ガラス転移点が200℃以上であれば、十分な耐熱性が得られ、積層体の絶縁性や熱伝導性を良好に維持することができる。基材樹脂層は、塗膜から形成される層でも、フィルムから形成される層でもよい。
基材樹脂層を構成する樹脂としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド(特に芳香族ポリアミド)、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)又はテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)等が挙げられ、なかでもポリイミドが好ましい。また、単独あるいは数種類を組み合わせて使用することができる。
基材樹脂層中の樹脂の含有量は特に限定されないが、下限については、78体積%以上が好ましく、より好ましくは80体積%以上、さらに好ましくは82体積%以上である。上限については92体積%以下が好ましく、より好ましくは90体積%以下、さらに好ましくは88体積%以下である。
基材樹脂層は無機フィラーを含有することが好ましい。基材樹脂層が無機フィラーを含有することで、絶縁性、熱伝導性、ピール強度等を向上させることができる。特に、ピール強度が上がるのは、無機フィラーにより基材樹脂層と樹脂組成物層との界面に凹凸が形成され、アンカー効果が生じるためと推察される。無機フィラーとしては、上述の充填材と同様なものを使用することができる。
基材樹脂層中の無機フィラーの含有量は特に限定されないが、下限については8体積%以上が好ましく、より好ましくは10体積%以上、さらに好ましくは12体積%以上である。上限については22体積%以下が好ましく、より好ましくは20体積%以下、さらに好ましくは18体積%以下である。
また、基材樹脂層中には、上述のその他の成分が少量含まれてもよいし、不純物が少量含まれてもよい。なお、基材樹脂層中において、上記樹脂と無機フィラーの合計含有量は90体積%以上が好ましく、より好ましくは95体積%以上、さらに好ましくは97体積%以上である。
基材樹脂層の厚みは、絶縁性、熱伝導性、加工性の観点から以下の範囲が好ましい。下限については0.010mm以上が好ましい。0.010mm以上とすることで、絶縁性をさらに改善できるとともに、加工性も改善できる。より好ましくは0.012mm以上、さらに好ましくは0.015mm以上である。上限については0.100mm以下が好ましい。より好ましくは0.070mm以下、さらに好ましくは0.050mm以下である。
基材樹脂層となるフィルムとしては、公知のフィルム作製方法に準じて作製できる。また、市場に販売されている製品を入手して用いてもよい。
<放熱シートの形態>
本発明の放熱シートの形態は特に限定されない。枚葉品でもロール品でもよい。
本発明の放熱シートの形態は特に限定されない。枚葉品でもロール品でもよい。
(放熱シートの製造方法)
本発明の一実施形態の放熱シート1は、例えば、以下の工程1~工程5を有する製造方法で製造することができる。
(工程1)
工程1では、硬化前の樹脂バインダー及び充填材を混合して放熱シート用組成物を作製する。
本発明の一実施形態の放熱シート1は、例えば、以下の工程1~工程5を有する製造方法で製造することができる。
(工程1)
工程1では、硬化前の樹脂バインダー及び充填材を混合して放熱シート用組成物を作製する。
(工程2)
工程2では、フィルム上に放熱シート用組成物を塗布する。塗布方法は特に限定されず、均一に塗布できるドクターブレード法、コンマコーター法、スクリーン印刷法、ロールコーター法などの公知の塗布方法を採用することができる。しかし、塗布した放熱シート用組成物の厚みを高い精度で制御できるという観点からドクターブレード法及びコンマコーター法が好ましい。なお、放熱シートが補強層を備える場合、フィルムの上に補強層を載置した後に、放熱シート用組成物を塗布することが好ましい。この場合、放熱シートの厚み方向中央に補強層が配置されるように、補強層の両面に放熱シート用組成物を塗布してもよい。
また、基材樹脂層を備える放熱シートの場合には、基材樹脂層となる基材シート上に、樹脂組成物を塗布する。基材シートへの塗布方法としては、従来公知の方法、例えば、コーター法、ドクターブレード法、押出成形法、射出成形法、プレス成形法等を用いることができる。基材樹脂層を備える放熱シートの場合にも、放熱シートの厚み方向中央に基材樹脂層が配置されるように、基材樹脂層の両面に放熱シート用組成物を塗布してもよい。
工程2では、フィルム上に放熱シート用組成物を塗布する。塗布方法は特に限定されず、均一に塗布できるドクターブレード法、コンマコーター法、スクリーン印刷法、ロールコーター法などの公知の塗布方法を採用することができる。しかし、塗布した放熱シート用組成物の厚みを高い精度で制御できるという観点からドクターブレード法及びコンマコーター法が好ましい。なお、放熱シートが補強層を備える場合、フィルムの上に補強層を載置した後に、放熱シート用組成物を塗布することが好ましい。この場合、放熱シートの厚み方向中央に補強層が配置されるように、補強層の両面に放熱シート用組成物を塗布してもよい。
また、基材樹脂層を備える放熱シートの場合には、基材樹脂層となる基材シート上に、樹脂組成物を塗布する。基材シートへの塗布方法としては、従来公知の方法、例えば、コーター法、ドクターブレード法、押出成形法、射出成形法、プレス成形法等を用いることができる。基材樹脂層を備える放熱シートの場合にも、放熱シートの厚み方向中央に基材樹脂層が配置されるように、基材樹脂層の両面に放熱シート用組成物を塗布してもよい。
(工程3)
工程3では、有するフィルムに塗布した放熱シート用組成物を乾燥する。
工程3では、有するフィルムに塗布した放熱シート用組成物を乾燥する。
(工程4)
工程4では、乾燥した放熱シート用組成物を架橋させて、放熱シート前駆体シートを作製する。
工程4では、乾燥した放熱シート用組成物を架橋させて、放熱シート前駆体シートを作製する。
(工程5)
工程5では、第1の方向に延びる複数の第1の突条及び第1の方向とは異なる第2の方向に延び、第1の突条と交差する複数の第2の突条を表面に備える転写用シートを用意する。このような転写用シートは、例えば、シートをエンボス加工することにより作製できる。そして、転写用シートを放熱シート前駆体シートの上に載せた後、転写用シートの上から放熱シート前駆体シートを加熱加圧する。これにより、放熱シート前駆体シートに塑性変形が起こり、放熱シート前駆体シートの表面に第1の溝及び第2の溝が形成される。ここで、エンボス加工は放熱シート用組成物塗布側で行う。なお、放熱シート前駆体シートを加熱加圧するときの圧力を調節することにより、第1の溝及び第2の溝の深さを制御することができる。また、エンボス加工により放熱シート前駆体シートの表面に第1の溝及び第2の溝を直接形成してもよい。
工程5では、第1の方向に延びる複数の第1の突条及び第1の方向とは異なる第2の方向に延び、第1の突条と交差する複数の第2の突条を表面に備える転写用シートを用意する。このような転写用シートは、例えば、シートをエンボス加工することにより作製できる。そして、転写用シートを放熱シート前駆体シートの上に載せた後、転写用シートの上から放熱シート前駆体シートを加熱加圧する。これにより、放熱シート前駆体シートに塑性変形が起こり、放熱シート前駆体シートの表面に第1の溝及び第2の溝が形成される。ここで、エンボス加工は放熱シート用組成物塗布側で行う。なお、放熱シート前駆体シートを加熱加圧するときの圧力を調節することにより、第1の溝及び第2の溝の深さを制御することができる。また、エンボス加工により放熱シート前駆体シートの表面に第1の溝及び第2の溝を直接形成してもよい。
(本発明の一実施形態の放熱シートの変形例)
本発明の一実施形態の放熱シートは、以下のように変形することができる。
<変形例1>
本発明の一実施形態の放熱シート1では、第1の溝10が延びる方向である第1の方向A及び第2の溝20が延びる方向である第2の方向Bのなす角度が90°であった。しかし、本発明の放熱シートでは、第1の溝が延びる方向である第1の方向及び第2の溝が延びる方向である第2の方向のなす角度は90°に限定されない。例えば、図2に示す放熱シート1Aのように、第1の溝10Aが延びる方向である第1の方向A及び第2の溝20Aが延びる方向である第2の方向Bのなす角度が120°であってもよい。なお、放熱グリースの広がり現象を、放熱シート1の面方向に対してより均一に抑制できるという観点から、本発明の放熱シートにおける第1の溝が延びる方向である第1の方向及び第2の溝が延びる方向である第2の方向のなす角度は、好ましくは30~150°であり、より好ましくは60~120°であり、さらに好ましくは80~100°であり、とくに好ましくは90°である。なお、1つの第1の溝において第2の溝との交点が複数ある場合、または、1つの第2の溝において第1の溝との交点が複数ある場合、各交点における第1の溝と第2の溝とのなす角度は同じでもよいし異なってもよい。
本発明の一実施形態の放熱シートは、以下のように変形することができる。
<変形例1>
本発明の一実施形態の放熱シート1では、第1の溝10が延びる方向である第1の方向A及び第2の溝20が延びる方向である第2の方向Bのなす角度が90°であった。しかし、本発明の放熱シートでは、第1の溝が延びる方向である第1の方向及び第2の溝が延びる方向である第2の方向のなす角度は90°に限定されない。例えば、図2に示す放熱シート1Aのように、第1の溝10Aが延びる方向である第1の方向A及び第2の溝20Aが延びる方向である第2の方向Bのなす角度が120°であってもよい。なお、放熱グリースの広がり現象を、放熱シート1の面方向に対してより均一に抑制できるという観点から、本発明の放熱シートにおける第1の溝が延びる方向である第1の方向及び第2の溝が延びる方向である第2の方向のなす角度は、好ましくは30~150°であり、より好ましくは60~120°であり、さらに好ましくは80~100°であり、とくに好ましくは90°である。なお、1つの第1の溝において第2の溝との交点が複数ある場合、または、1つの第2の溝において第1の溝との交点が複数ある場合、各交点における第1の溝と第2の溝とのなす角度は同じでもよいし異なってもよい。
<変形例2>
本発明の一実施形態の放熱シート1において、第1の溝10及び第2の溝20が直線状に延びる溝であった。しかし、第1の溝が第1の方向に延び、第2の溝が第2の方向に延びている限り、第1の溝及び第2の溝の形状は直線状に限定されない。例えば、図3(a)に示す放熱シート1Bのように、第1の溝10Bが第1の方向Aに波状に延びる溝であり、第2の溝20Bが第2の方向Bに波状に延びる溝であってもよい。また、図3(b)に示す放熱シート1Cのように、第1の溝10Cが第1の方向Aにジグザク状に延びる溝であり、第2の溝20Cが第2の方向Bにジグザク状に延びる溝であってもよい。さらに、第1の溝10Cが第1の方向Aに延びた形状が、第2の溝20Cが第2の方向に延びた形状と異なっていてもよい。
本発明の一実施形態の放熱シート1において、第1の溝10及び第2の溝20が直線状に延びる溝であった。しかし、第1の溝が第1の方向に延び、第2の溝が第2の方向に延びている限り、第1の溝及び第2の溝の形状は直線状に限定されない。例えば、図3(a)に示す放熱シート1Bのように、第1の溝10Bが第1の方向Aに波状に延びる溝であり、第2の溝20Bが第2の方向Bに波状に延びる溝であってもよい。また、図3(b)に示す放熱シート1Cのように、第1の溝10Cが第1の方向Aにジグザク状に延びる溝であり、第2の溝20Cが第2の方向Bにジグザク状に延びる溝であってもよい。さらに、第1の溝10Cが第1の方向Aに延びた形状が、第2の溝20Cが第2の方向に延びた形状と異なっていてもよい。
<変形例3>
図1に示すように、本発明の一実施形態の放熱シート1において、第1の溝10及び第2の溝20の断面の形状は四角形であった。しかし、放熱シートの第1の溝及び第2の溝の断面の形状は四角形に限定されない。例えば、U字形、三角形、台形であってもよい。また、放熱シートの第1の溝の断面の形状は第2の溝の断面の形状と異なっていてもよい。
図1に示すように、本発明の一実施形態の放熱シート1において、第1の溝10及び第2の溝20の断面の形状は四角形であった。しかし、放熱シートの第1の溝及び第2の溝の断面の形状は四角形に限定されない。例えば、U字形、三角形、台形であってもよい。また、放熱シートの第1の溝の断面の形状は第2の溝の断面の形状と異なっていてもよい。
<変形例4>
図1に示すように、本発明の一実施形態の放熱シート1は、第1の方向Aに延びる複数の第1の溝10及び第1の方向Aとは異なる第2の方向Bに延び、第1の溝10と交差する複数の第2の溝20を、表面2に備えていた。しかし、図4に示すように、放熱シート1Dは、第1の方向Aに延びる複数の第1の溝10のみを表面2に備え、第2の溝20を、表面2に備えなくてもよい。放熱シート1Dが、第1の方向Aに延びる複数の第1の溝10のみを表面2に備える場合も、放熱シート1Dは放熱グリースの広がり現象を抑制することができる。しかし、放熱シート1は、複数の第1の溝10及び複数の第2の溝20の両方を備えることが好ましい。なお、放熱シート1Dにおける第1の溝10が設けられている領域、隣接する第1の溝10の間の距離、第1の溝10の深さH10、第1の溝10の深さH10、第1の溝10の幅W10、表面における溝の面積の割合、溝の形状、及び溝の断面形状等については、上述の本発明の一実施形態の放熱シート1における第1の溝10が設けられている領域、隣接する第1の溝10の間の距離、第1の溝10の深さH10、第1の溝10の深さH10、第1の溝10の幅W10、表面における溝の面積の割合、溝の形状、及び溝の断面形状等と同様である。また、本発明の一実施形態の放熱シート1における第1の溝10及び第2の溝20に囲まれた部分の表面30と同様に、放熱シート1Dにおける隣接する第1の溝10に挟まれた部分の表面30Dも平滑であることが好ましい。
図1に示すように、本発明の一実施形態の放熱シート1は、第1の方向Aに延びる複数の第1の溝10及び第1の方向Aとは異なる第2の方向Bに延び、第1の溝10と交差する複数の第2の溝20を、表面2に備えていた。しかし、図4に示すように、放熱シート1Dは、第1の方向Aに延びる複数の第1の溝10のみを表面2に備え、第2の溝20を、表面2に備えなくてもよい。放熱シート1Dが、第1の方向Aに延びる複数の第1の溝10のみを表面2に備える場合も、放熱シート1Dは放熱グリースの広がり現象を抑制することができる。しかし、放熱シート1は、複数の第1の溝10及び複数の第2の溝20の両方を備えることが好ましい。なお、放熱シート1Dにおける第1の溝10が設けられている領域、隣接する第1の溝10の間の距離、第1の溝10の深さH10、第1の溝10の深さH10、第1の溝10の幅W10、表面における溝の面積の割合、溝の形状、及び溝の断面形状等については、上述の本発明の一実施形態の放熱シート1における第1の溝10が設けられている領域、隣接する第1の溝10の間の距離、第1の溝10の深さH10、第1の溝10の深さH10、第1の溝10の幅W10、表面における溝の面積の割合、溝の形状、及び溝の断面形状等と同様である。また、本発明の一実施形態の放熱シート1における第1の溝10及び第2の溝20に囲まれた部分の表面30と同様に、放熱シート1Dにおける隣接する第1の溝10に挟まれた部分の表面30Dも平滑であることが好ましい。
また、図示しないが、本発明の一実施形態の放熱シートは、第1の溝及び第2の溝に加え、第1の方向及び第2の方向とは異なる第3の方向に延び、第1の溝及び第2の溝と交差する複数の第3の溝を、表面に備えてもよい。この場合も放熱グリースの広がり現象を抑制することができる。さらに、本発明の一実施形態の放熱シートは、第1の溝、第2の溝及び第3の溝に加え、第1の方向、第2の方向及び第3の方向とは異なる第4の方向に延び、第1の溝、第2の溝及び第3の溝と交差する複数の第4の溝を、表面に備えてもよい。そして、本発明の一実施形態の放熱シートは、さらに、これらの方向と異なる、1つの方向または2つ以上の方向の複数の溝を表面に備えてもよい。
[放熱シート積層体]
図5に示すように、本発明の一実施形態の放熱シート積層体100は、本発明の一実施形態の放熱シート1、及び放熱シート1における第1の溝及び第2の溝を備えた表面の上に形成された放熱グリース層110を含む。これにより、発熱素子210と放熱シート1との間の接触熱抵抗を低減できるとともに、放熱グリースの広がり現象を抑制できる。
図5に示すように、本発明の一実施形態の放熱シート積層体100は、本発明の一実施形態の放熱シート1、及び放熱シート1における第1の溝及び第2の溝を備えた表面の上に形成された放熱グリース層110を含む。これにより、発熱素子210と放熱シート1との間の接触熱抵抗を低減できるとともに、放熱グリースの広がり現象を抑制できる。
(放熱グリース)
本発明の一実施形態の放熱シート積層体100に使用される放熱グリース110は、放熱材料として通常用いられる放熱グリースであれば、とくに限定されない。放熱グリースは、例えば、液状ポリマー及び充填材を混練してペースト状にしたものである。充填材としては、例えば、上述の本発明の一実施形態の放熱シート1に用いた充填材と同じものを使用できる。これらの中で、電気絶縁性の観点から無機系充填材が好ましく、無機系充填材の中で、熱伝導率及び絶縁性、コストの観点からアルミナがより好ましい。また、アルミナの形状は球状、破砕状、板状、不定形等いずれでもよいが、流動性の観点から球状が特に好ましい。液状ポリマーには、例えば、ポリオレフィン、アルキル芳香族、脂環式化合物などの炭化水素油、ポリグリコール、フェニルエーテルなどのポリエーテル類、ジエステル、ポリオールエステルなどのエステル類、芳香族リン酸エステルなどのリン化合物、シリコーンなどのケイ素化合物、フッ素化ポリエーテルなどのハロゲン化合物、鉱物油、フロロシリコーン、アクリル樹脂、ウレタン樹脂などが挙げられる。これらの液状ポリマーの中で、耐熱性、耐候性、電気絶縁性及び化学的安定性の観点からシリコーンが好ましい。
本発明の一実施形態の放熱シート積層体100に使用される放熱グリース110は、放熱材料として通常用いられる放熱グリースであれば、とくに限定されない。放熱グリースは、例えば、液状ポリマー及び充填材を混練してペースト状にしたものである。充填材としては、例えば、上述の本発明の一実施形態の放熱シート1に用いた充填材と同じものを使用できる。これらの中で、電気絶縁性の観点から無機系充填材が好ましく、無機系充填材の中で、熱伝導率及び絶縁性、コストの観点からアルミナがより好ましい。また、アルミナの形状は球状、破砕状、板状、不定形等いずれでもよいが、流動性の観点から球状が特に好ましい。液状ポリマーには、例えば、ポリオレフィン、アルキル芳香族、脂環式化合物などの炭化水素油、ポリグリコール、フェニルエーテルなどのポリエーテル類、ジエステル、ポリオールエステルなどのエステル類、芳香族リン酸エステルなどのリン化合物、シリコーンなどのケイ素化合物、フッ素化ポリエーテルなどのハロゲン化合物、鉱物油、フロロシリコーン、アクリル樹脂、ウレタン樹脂などが挙げられる。これらの液状ポリマーの中で、耐熱性、耐候性、電気絶縁性及び化学的安定性の観点からシリコーンが好ましい。
本発明の一実施形態の放熱シート積層体100に使用される放熱グリース110の使用量は、溝の形状等が上記の好ましい範囲内であれば、放熱シート180mm×100mm当たり1.5~8.0mlであってよく、2.3~4.5mlであってよく、2.6~3.8mlであってよい。また、通常の放熱グリースの10s-1のせん断速度における25℃の粘度は、15~1000Pa・sの範囲であれば効果的であり、上記範囲にするために例えば真空脱泡・混合という方法で調整してもよい。
(本発明の一実施形態の放熱シート積層体の変形例)
本発明の一実施形態の放熱シート積層体は、以下のように変形することができる。
図5に示す本発明の一実施形態の放熱シート積層体100は、放熱シート1の一方の面側のみに放熱グリース110が配置されている。しかし、図6に示す放熱シート積層体100Aのように、放熱シート1Eの両方側に放熱グリース110,120が配置されてもよい。これにより、放熱シート1Eとヒートシンク300との間の接触熱抵抗も低減することができる。なお、この場合、放熱シート1Eの両方の面に上述の第1の溝及び第2の溝が設けられている。
本発明の一実施形態の放熱シート積層体は、以下のように変形することができる。
図5に示す本発明の一実施形態の放熱シート積層体100は、放熱シート1の一方の面側のみに放熱グリース110が配置されている。しかし、図6に示す放熱シート積層体100Aのように、放熱シート1Eの両方側に放熱グリース110,120が配置されてもよい。これにより、放熱シート1Eとヒートシンク300との間の接触熱抵抗も低減することができる。なお、この場合、放熱シート1Eの両方の面に上述の第1の溝及び第2の溝が設けられている。
本発明の一実施形態の放熱シート積層体の放熱シートとして、上述の本発明の一実施形態の放熱シートの変形例を用いてもよい。この場合も、放熱グリースの広がり現象を抑制できる。
[構造体]
図5に示すように、本発明の一実施形態の構造体200は、本発明の一実施形態の放熱シート1、放熱シート1に載置された発熱素子210、及び放熱シート1及び発熱素子210の間に介在する放熱グリース110を備える。これにより、発熱素子210と放熱シート1との間の接触熱抵抗を低減できるとともに、放熱グリースの広がり現象を抑制できる。なお、放熱シート1の放熱グリース110側の表面に上述の第1の溝及び第2の溝が設けられている。また、放熱グリース110には上述の放熱シート積層体に用いた放熱グリースと同様のものを使用できる。
図5に示すように、本発明の一実施形態の構造体200は、本発明の一実施形態の放熱シート1、放熱シート1に載置された発熱素子210、及び放熱シート1及び発熱素子210の間に介在する放熱グリース110を備える。これにより、発熱素子210と放熱シート1との間の接触熱抵抗を低減できるとともに、放熱グリースの広がり現象を抑制できる。なお、放熱シート1の放熱グリース110側の表面に上述の第1の溝及び第2の溝が設けられている。また、放熱グリース110には上述の放熱シート積層体に用いた放熱グリースと同様のものを使用できる。
(発熱素子)
発熱素子には、例えば、パワーデバイス、トランジスタ、サイリスタ、CPU、IGBTモジュール、ダイオードなどが挙げられる。
発熱素子には、例えば、パワーデバイス、トランジスタ、サイリスタ、CPU、IGBTモジュール、ダイオードなどが挙げられる。
(本発明の一実施形態の構造体の変形例)
本発明の一実施形態の構造体は、以下のように変形することができる。
<変形例1>
図5に示す本発明の一実施形態の構造体200は、放熱シート1の一方の面側のみに放熱グリース110が配置されている。しかし、図6に示す構造体200Aのように、放熱シート1Eの両方側に放熱グリース110,120が配置されてもよい。これにより、放熱シート1Eとヒートシンク300との間の接触熱抵抗も低減することができる。なお、この場合、放熱シート1Eの両方の面に上述の第1の溝及び第2の溝が設けられている。
本発明の一実施形態の構造体は、以下のように変形することができる。
<変形例1>
図5に示す本発明の一実施形態の構造体200は、放熱シート1の一方の面側のみに放熱グリース110が配置されている。しかし、図6に示す構造体200Aのように、放熱シート1Eの両方側に放熱グリース110,120が配置されてもよい。これにより、放熱シート1Eとヒートシンク300との間の接触熱抵抗も低減することができる。なお、この場合、放熱シート1Eの両方の面に上述の第1の溝及び第2の溝が設けられている。
<変形例2>
発熱素子の代わりに発熱素子を実装した基板を放熱シートに載置してもよい。
発熱素子の代わりに発熱素子を実装した基板を放熱シートに載置してもよい。
<変形例3>
本発明の一実施形態の構造体の放熱シートとして、上述の本発明の一実施形態の放熱シートの変形例を用いてもよい。この場合も、放熱グリースの広がり現象を抑制できる。
本発明の一実施形態の構造体の放熱シートとして、上述の本発明の一実施形態の放熱シートの変形例を用いてもよい。この場合も、放熱グリースの広がり現象を抑制できる。
[発熱素子の放熱処理方法]
本発明の発熱素子の放熱処理方法は、本発明の放熱シート1における第1の溝及び第2の溝を備えた表面に放熱グリースを塗布する工程、及び放熱グリースを塗布した放熱シートの表面に発熱素子を配置する工程を含む。これにより、発熱素子と放熱シートとの間の接触熱抵抗を低減できるとともに、放熱グリースの広がり現象を抑制できる。なお、放熱グリースの塗布には、例えば、自動ディスペンスやスクリーン印刷法が用いられる。
本発明の発熱素子の放熱処理方法は、本発明の放熱シート1における第1の溝及び第2の溝を備えた表面に放熱グリースを塗布する工程、及び放熱グリースを塗布した放熱シートの表面に発熱素子を配置する工程を含む。これにより、発熱素子と放熱シートとの間の接触熱抵抗を低減できるとともに、放熱グリースの広がり現象を抑制できる。なお、放熱グリースの塗布には、例えば、自動ディスペンスやスクリーン印刷法が用いられる。
以上の本発明の一実施形態の放熱シート1及びその変形例1A~1Dは一つの形態に過ぎず、本発明の放熱シートを限定しない。また、本発明の一実施形態の放熱シート積層体100及び構造体200ならびにその変形例100A,200Aは一つの形態に過ぎず、本発明の放熱シート積層体及び構造体を限定しない。
以下、本発明について、実施例及び比較例により、詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
実施例及び比較例の放熱シートに対して以下の評価を行った。
(放熱シートの厚さ)
シックネスゲージ(株式会社ミツトヨ製、型番:547-301)を用いて放熱シートの厚さを任意に10箇所測定し、その平均値をその放熱シートの厚さとした。
(放熱シートの厚さ)
シックネスゲージ(株式会社ミツトヨ製、型番:547-301)を用いて放熱シートの厚さを任意に10箇所測定し、その平均値をその放熱シートの厚さとした。
(第1の溝及び第2の溝に囲まれた部分の表面の表面粗さ)
共焦点顕微鏡(株式会社キーエンス製、商品名「LT・9010M」)を用いて、計測長さ10,000μm、計測ピッチ10μm、計測速度500μmの条件で、JIS B0601:2013に準拠して放熱シートの表面粗さを測定した。
共焦点顕微鏡(株式会社キーエンス製、商品名「LT・9010M」)を用いて、計測長さ10,000μm、計測ピッチ10μm、計測速度500μmの条件で、JIS B0601:2013に準拠して放熱シートの表面粗さを測定した。
(隣接する溝の間の距離)
放熱シートの表面に溝を形成するために用いた転写用シートの隣接する突条の間の距離を、実施例または比較例の放熱シートにおける隣接する第1の溝の間の距離及び隣接する第2の溝の間の距離とした。
放熱シートの表面に溝を形成するために用いた転写用シートの隣接する突条の間の距離を、実施例または比較例の放熱シートにおける隣接する第1の溝の間の距離及び隣接する第2の溝の間の距離とした。
(溝の深さ)
溝の深さは、放熱シートの面方向に対してArを照射したイオンミリング処理により断面出しを行った後に、走査型電子顕微鏡(SEM)で表面の溝を各5個ランダムに抽出し、溝の深さを計測し、その平均値を採用した。
溝の深さは、放熱シートの面方向に対してArを照射したイオンミリング処理により断面出しを行った後に、走査型電子顕微鏡(SEM)で表面の溝を各5個ランダムに抽出し、溝の深さを計測し、その平均値を採用した。
(溝の幅)
溝の幅は、放熱シートの面方向に対してArを照射したイオンミリング処理により断面出しを行った後に、走査型電子顕微鏡(SEM)で表面の溝を各5個ランダムに抽出し、溝の幅を計測し、その平均値を採用した。
溝の幅は、放熱シートの面方向に対してArを照射したイオンミリング処理により断面出しを行った後に、走査型電子顕微鏡(SEM)で表面の溝を各5個ランダムに抽出し、溝の幅を計測し、その平均値を採用した。
(第1の方向及び第2の方向のなす角度)
放熱シートの表面に溝を形成するために用いた転写用シートの2つの方向の突条のなす角度を、実施例または比較例の放熱シートにおける第1の方向及び第2の方向のなす角度とした。
放熱シートの表面に溝を形成するために用いた転写用シートの2つの方向の突条のなす角度を、実施例または比較例の放熱シートにおける第1の方向及び第2の方向のなす角度とした。
(溝の形状)
放熱シートの表面に溝を形成するために用いた転写用シートの突条の形状を、実施例または比較例の放熱シートにおける第1の溝及び第2の溝の形状とした。
放熱シートの表面に溝を形成するために用いた転写用シートの突条の形状を、実施例または比較例の放熱シートにおける第1の溝及び第2の溝の形状とした。
(放熱グリースの広がり現象の評価試験)
図7に示す放熱グリースの広がり現象の評価用治具400を用いて放熱シートによる放熱グリースの広がり現象の抑制効果を調べた。まず、図7を参照して評価用治具400を説明する。
図7に示す放熱グリースの広がり現象の評価用治具400を用いて放熱シートによる放熱グリースの広がり現象の抑制効果を調べた。まず、図7を参照して評価用治具400を説明する。
評価用治具400は、放熱シート500を載置するアルミニウム板410、アルミニウム板410と組み合わせて放熱シート500及び放熱シートに滴下される放熱グリース600を挟む透明なガラス板420、ガラス板420を固定する透明な樹脂製のガラス板固定板430、ならびにアルミニウム板410とガラス板420との間を締め付けるために用いるボルト440及びナット450を含む。アルミニウム板410には、ボルト440のネジ部441を通すための穴411が設けられている。ガラス板固定板430には、ガラス板420を嵌合するための中空部431と、ボルト440のネジ部441を通すための穴432が設けられている。なお、中空部431の深さは、ガラス板420の厚さよりも若干小さい。
なお、アルミニウム板110には、材質A-5052のアルミニウム板を使用した。アルミニウム板110の大きさは180mm×100mm×10mmであった。また、ガラス板120の大きさは70mm×55mm×10mmであった。さらに、ガラス板固定板130には、塩ビ系樹脂を使用した。ガラス板固定板130の大きさは180mm×100mm×30mmmmであった。
次に放熱グリースの広がり現象の評価試験の方法を説明する。ボルト440のネジ部441を通すための穴510が設けられた放熱シート500をアルミニウム板410に載置した。そして、アルミニウム板410に載置した放熱シート410の上に放熱グリース600を16ml滴下した。放熱シート500における放熱グリース600を滴下する位置は、放熱グリース600の上に載置するガラス板420の中心に相当する位置であった。
次に、ガラス板420を嵌め込んだガラス板固定板430を、放熱グリース600を滴下した放熱シート500の上に載置した。これにより、放熱グリース600は放熱シート500及びガラス板420により挟まれた。そして、アルミニウム板410の穴411、放熱シート500の穴510、及びガラス板固定板430の穴431にボルト440のネジ部441を挿入した後、ナット450を用いて、アルミニウム板410とガラス板420との間を締め付けた。アルミニウム板410とガラス板420との間の単位面積当たりの締め付け力は0.2MPaであった。図8に示すように、ガラス板420及びガラス板固定板430を通して放熱グリース600の広がり具合を見ることができた。そして、ガラス板420及びガラス板固定板430を通して放熱グリース600を撮影し、撮影した画像から広がった放熱グリース600の面積(S1)を測定した。
放熱シート500及び放熱グリース600を挟んだ評価用治具400を水平にしてヒートサイクル試験を行った。-40℃の温度で30分保持及び125℃の温度で30分保持を1サイクルとして、100サイクルのヒートサイクル試験を行った。100サイクルのヒートサイクル試験を行った評価用治具400について、ガラス板420及びガラス板固定板430を通して放熱グリース600を撮影し、撮影した画像から広がった放熱グリース600の面積(S2)を測定した。そして、ヒートサイクル試験前の放熱グリースの面積(S1)に対する100サイクルのヒートサイクル試験後の放熱グリースの面積(S2)の面積比(S2/S1)を算出した。なお、放熱グリースの広がり現象の評価試験には以下の放熱グリースを使用した。
放熱グリースの広がり現象の評価試験に使用した放熱グリース:デンカ株式会社製、商品名:GFC-PF3、10s-1のせん断速度における25℃の粘度:22Pa・s、滴下した量:3.2ml
放熱グリースの広がり現象の評価試験に使用した放熱グリース:デンカ株式会社製、商品名:GFC-PF3、10s-1のせん断速度における25℃の粘度:22Pa・s、滴下した量:3.2ml
実施例及び比較例の放熱シートは以下のようにして作製した。
[実施例1]
(六方晶窒化ホウ素の作製)
ホウ酸、メラミン、及び炭酸カルシウム(いずれも試薬特級)を、質量比70:50:5の割合で混合し、窒素ガス雰囲気中、室温から1400℃までを1時間で昇温し、1400℃で3時間保持してから1900℃までを4時間で昇温し、1900℃で2時間保持した後、室温まで冷却して六方晶窒化ホウ素を製造した。これを解砕した後、粉砕し、篩い分けして、塊状窒化ホウ素粒子を作製した。作製した塊状窒化ホウ素粒子の平均粒子径は50μmであった。
[実施例1]
(六方晶窒化ホウ素の作製)
ホウ酸、メラミン、及び炭酸カルシウム(いずれも試薬特級)を、質量比70:50:5の割合で混合し、窒素ガス雰囲気中、室温から1400℃までを1時間で昇温し、1400℃で3時間保持してから1900℃までを4時間で昇温し、1900℃で2時間保持した後、室温まで冷却して六方晶窒化ホウ素を製造した。これを解砕した後、粉砕し、篩い分けして、塊状窒化ホウ素粒子を作製した。作製した塊状窒化ホウ素粒子の平均粒子径は50μmであった。
(放熱シート用組成物の作製)
110gのシリコーン樹脂(旭化成ワッカーシリコーン株式会社製、型番:LR3303-20A)と110gのシリコーン樹脂(旭化成ワッカーシリコーン株式会社製、型番:LR3303-20B)に、650gの作製した塊状窒化ホウ素粒子を添加した後、固形分濃度が60wt%となるように粘度調整剤としてトルエンを添加し、タービン型撹拌翼を用いて攪拌機(HEIDON社製、商品名:スリーワンモーター)で15時間混合し、放熱シート用組成物を作製した。
110gのシリコーン樹脂(旭化成ワッカーシリコーン株式会社製、型番:LR3303-20A)と110gのシリコーン樹脂(旭化成ワッカーシリコーン株式会社製、型番:LR3303-20B)に、650gの作製した塊状窒化ホウ素粒子を添加した後、固形分濃度が60wt%となるように粘度調整剤としてトルエンを添加し、タービン型撹拌翼を用いて攪拌機(HEIDON社製、商品名:スリーワンモーター)で15時間混合し、放熱シート用組成物を作製した。
(放熱シート前駆体シートの作製)
上記の放熱シート用組成物をテフロン(登録商標)シート上にコンマコーターで片面当たり厚さ0.5mmに塗工し、75℃で5分乾燥させた。その後、平板プレス機(株式会社柳瀬製作所製)を用いて、温度120℃、圧力50kgf/cm2の条件下で10分間のプレスを行い、厚さ0.30mmのシートを作製した。次いでそれを常圧、150℃の温度で4時間の二次加熱を行い、放熱シート前駆体シートを作製した。
上記の放熱シート用組成物をテフロン(登録商標)シート上にコンマコーターで片面当たり厚さ0.5mmに塗工し、75℃で5分乾燥させた。その後、平板プレス機(株式会社柳瀬製作所製)を用いて、温度120℃、圧力50kgf/cm2の条件下で10分間のプレスを行い、厚さ0.30mmのシートを作製した。次いでそれを常圧、150℃の温度で4時間の二次加熱を行い、放熱シート前駆体シートを作製した。
(放熱シート前駆体シートに対する溝の形成)
第1の方向に延びる複数の第1の突条及び第1の方向とは異なる第2の方向に延び、第1の溝と交差する複数の第2の突条を表面に備える転写用シートを用意した。なお、転写用シートにおける隣接する第1の突条の間の距離及び隣接する第2の突条の間の距離は1.0mmであった。また、第1の突条及び第2の突条の幅は10μmであった。さらに、第1の突条及び第2の突条の高さは20μmであった。また、第1の方向及び第2の方向のなす角度は90°であった。さらに、第1の突条及び第2の突条は直線状に延びる突条であった。また、第1の突条及び第2の突条の断面の形状は四角形であった。
第1の方向に延びる複数の第1の突条及び第1の方向とは異なる第2の方向に延び、第1の溝と交差する複数の第2の突条を表面に備える転写用シートを用意した。なお、転写用シートにおける隣接する第1の突条の間の距離及び隣接する第2の突条の間の距離は1.0mmであった。また、第1の突条及び第2の突条の幅は10μmであった。さらに、第1の突条及び第2の突条の高さは20μmであった。また、第1の方向及び第2の方向のなす角度は90°であった。さらに、第1の突条及び第2の突条は直線状に延びる突条であった。また、第1の突条及び第2の突条の断面の形状は四角形であった。
放熱シート前駆体シートの上に上記転写用シートを載置した後、平板プレス機(株式会社柳瀬製作所製)を用いて、温度165℃、圧力150kgf/cm2の条件下で30分間のプレスを行い、放熱シート前駆体シートの表面に溝を形成して、実施例1の放熱シートを作製した。
[実施例2]
放熱シート前駆体シートの表面に溝を形成するときの平板プレス機の圧力を150kgf/cm2から220kgf/cm2に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例2の放熱シートを作製した。
放熱シート前駆体シートの表面に溝を形成するときの平板プレス機の圧力を150kgf/cm2から220kgf/cm2に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例2の放熱シートを作製した。
[実施例3]
放熱シート前駆体シートの表面に溝を形成するときの平板プレス機の圧力を150kgf/cm2から50kgf/cm2に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例3の放熱シートを作製した。
放熱シート前駆体シートの表面に溝を形成するときの平板プレス機の圧力を150kgf/cm2から50kgf/cm2に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例3の放熱シートを作製した。
[実施例4]
放熱シート前駆体シート作成の際に、基材樹脂層としてのポリイミドフィルム(東レ・デュポン株式会社製、商品名Kapton 100H、厚さ0.026mm)をテフロン(登録商標)シート上に配置した後、上記の放熱シート用組成物を、ポリイミドフィルム上にコンマコーターで厚さ0.2mm塗工し、75℃で5分乾燥させ、ポリイミドフィルムの片面に放熱シート用組成物を塗工した。次に、ポリイミドフィルムが上側になるようにひっくり返して、放熱シート用組成物をポリイミドフィルム上にコンマコーターで厚さ0.2mmに塗工し、75℃で5分乾燥させ、両面に放熱シート用組成物を塗工した放熱シート用組成物のシートを作製した。それ以外は、実施例1と同様にして、実施例4の放熱シートを作製した。
放熱シート前駆体シート作成の際に、基材樹脂層としてのポリイミドフィルム(東レ・デュポン株式会社製、商品名Kapton 100H、厚さ0.026mm)をテフロン(登録商標)シート上に配置した後、上記の放熱シート用組成物を、ポリイミドフィルム上にコンマコーターで厚さ0.2mm塗工し、75℃で5分乾燥させ、ポリイミドフィルムの片面に放熱シート用組成物を塗工した。次に、ポリイミドフィルムが上側になるようにひっくり返して、放熱シート用組成物をポリイミドフィルム上にコンマコーターで厚さ0.2mmに塗工し、75℃で5分乾燥させ、両面に放熱シート用組成物を塗工した放熱シート用組成物のシートを作製した。それ以外は、実施例1と同様にして、実施例4の放熱シートを作製した。
[比較例1]
放熱シート前駆体シートの表面に溝を形成しなかった以外は、実施例1と同様にして、比較例1の放熱シートを作製した。
放熱シート前駆体シートの表面に溝を形成しなかった以外は、実施例1と同様にして、比較例1の放熱シートを作製した。
実施例1~3及び比較例1の放熱シートの評価結果を表1に示す。
以上の評価結果から、放熱シートの表面に第1の方向に延びる複数の第1の溝、及び第2の方向に延び、第1の溝と交差する複数の第2の溝を設けることにより放熱グリースの広がり現象を抑制できることがわかった。
また、JIS C2110に記載の方法に準拠し、実施例1及び実施例4の絶縁破壊電圧を、短時間破壊試験(室温:23℃)にて評価した。その結果、実施例4の方が、絶縁破壊電圧が3kV程高かった。
また、JIS C2110に記載の方法に準拠し、実施例1及び実施例4の絶縁破壊電圧を、短時間破壊試験(室温:23℃)にて評価した。その結果、実施例4の方が、絶縁破壊電圧が3kV程高かった。
1,1A~1E,500 放熱シート
2,3 表面(面)
10,10A~10C 第1の溝
20,20A~20C 第2の溝
30 第1の溝及び第2の溝に囲まれた部分の表面
30D 隣接する第1の溝に挟まれた部分の表面
100,100A 放熱シート積層体
110,120,600 放熱グリース(層)
200,200A 構造体
210 発熱素子
300 ヒートシンク
400 放熱グリースの広がり現象の評価用治具
410 アルミニウム板
420 ガラス板
430 ガラス板固定板
440 ボルト
450 ナット
2,3 表面(面)
10,10A~10C 第1の溝
20,20A~20C 第2の溝
30 第1の溝及び第2の溝に囲まれた部分の表面
30D 隣接する第1の溝に挟まれた部分の表面
100,100A 放熱シート積層体
110,120,600 放熱グリース(層)
200,200A 構造体
210 発熱素子
300 ヒートシンク
400 放熱グリースの広がり現象の評価用治具
410 アルミニウム板
420 ガラス板
430 ガラス板固定板
440 ボルト
450 ナット
Claims (13)
- 第1の方向に延びる複数の第1の溝を表面に備える放熱シート。
- 前記第1の溝に挟まれた部分の表面が平滑である請求項1に記載の放熱シート。
- 隣接する前記第1の溝の間の距離が100~1500μmである請求項1または2に記載の放熱シート。
- 前記第1の溝の深さが5~25μmである請求項1~3のいずれか1項に記載の放熱シート。
- 前記第1の溝の幅が5~25μmである請求項1~4のいずれか1項に記載の放熱シート。
- 前記第1の溝が直線状に延びる溝である請求項1~5のいずれか1項に記載の放熱シート。
- 前記第1の方向とは異なる第2の方向に延び、前記第1の溝と交差する複数の第2の溝を、表面に、さらに備える請求項1~6のいずれか1項に記載の放熱シート。
- 前記第1の溝及び前記第2の溝に囲まれた部分の表面が平滑である請求項7に記載の放熱シート。
- 前記第1の方向及び前記第2の方向のなす角度が60~120°である請求項7または8に記載の放熱シート。
- ガラス転移点が200℃以上である樹脂を含む基材樹脂層を含有する請求項1~9のいずれか1項に記載の放熱シート。
- 請求項1~10のいずれか1項に記載の放熱シート、及び
前記放熱シートにおける前記溝を備えた表面の上に形成された放熱グリース層を含む放熱シート積層体。 - 請求項1~10のいずれか1項に記載の放熱シート、
前記放熱シートに載置された発熱素子、及び
前記放熱シート及び前記発熱素子の間に介在する放熱グリースを備える構造体。 - 請求項1~10のいずれか1項に記載の放熱シートにおける前記溝を備えた表面に放熱グリースを塗布する工程、及び
前記放熱グリースを塗布した前記放熱シートの表面に発熱素子を配置する工程を含む発熱素子の放熱処理方法。
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|---|---|---|---|---|
| WO2024048358A1 (ja) * | 2022-09-01 | 2024-03-07 | デクセリアルズ株式会社 | 積層体及び積層体の製造方法 |
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| JPS56161699A (en) * | 1980-05-16 | 1981-12-12 | Denki Kagaku Kogyo Kk | Method of mounting electric part and insulating heat dissipating sheet used therefor |
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| JP2017025186A (ja) * | 2015-07-21 | 2017-02-02 | 住友ベークライト株式会社 | 熱伝導性樹脂組成物、回路基板用積層体、回路基板および半導体装置 |
| WO2018190233A1 (ja) * | 2017-04-12 | 2018-10-18 | デンカ株式会社 | 熱伝導性シート及びその製造方法 |
-
2020
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