JP2000294698A - 熱伝導性スペーサー - Google Patents

熱伝導性スペーサー

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JP2000294698A
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Tetsumi Otsuka
哲美 大塚
Yasuhiko Itabashi
康彦 板橋
Hiroaki Sawa
博昭 澤
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/38Boron-containing compounds

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Abstract

(57)【要約】 【課題】高柔軟性かつ高熱伝導性の電子部品のスペーサ
ーを提供すること。 【解決手段】樹脂に熱伝導性フィラーを含有させてなる
熱伝導性スペーサーにおいて、上記熱伝導性フィラーと
して、六方晶窒化ホウ素で被覆されたマグネシウム及び
/又はカルシウムのホウ酸塩粉末を25〜50体積%、
扁平度10以上のBN粉末を5〜25体積%を樹脂に含
有させたものであることを特徴とする熱伝導性スペーサ
ー。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンピューター、
ワードプロセッサーなどの情報処理機器におけるIC、
LSI、CPU、MPU等の半導体素子より発生する熱
を効率よく放出するのに有用な熱伝導性スペーサーに関
する。
【0002】
【従来の技術】近年、コンピューターやワードプロセッ
サー等の情報処理機器は、携帯用使用の薄型サイズのも
のが好まれるようになっている。それに伴い、半導体素
子も高密度化・小型化され、そこから発生する熱も増加
の一途をたどり、それを効率良く除去することが重要な
課題となっている。
【0003】従来より、半導体素子より発生した熱の除
去は、半導体素子を熱伝導性シート介して放熱フィンや
金属板に取り付けることによって行われている。しかし
ながら、情報処理機器の小型化、薄型化により、放熱フ
ィン等を取り付けるスペースがない場合も多くなり、そ
の場合には情報処理機器のケース等に直接伝熱して放熱
する方式が取られている。
【0004】このような方式においては、半導体素子と
ケースの間に、そのスペースを埋める厚みを有した、シ
リコーン等の樹脂硬化物に熱伝導性フィラーの充填され
た柔らかな熱伝導性スペーサーが用いられており、更な
る高熱伝導性を付与したものが要求されている。
【0005】熱伝導性スペーサー(以下、単に「スペー
サー」ともいう。)の高熱伝導化を達成するには、スペ
ーサー内に存在する熱伝導性フィラーを連続的に接触さ
せればよく、その一法として熱伝導性フィラーの充填量
を多くすることが行われているものの、この方法では、
スペーサーの柔らかさが低下し、情報処理機器のケース
等との接触が悪くなって、熱伝導性が著しく低下する
等、この方法では限界があった。
【0006】また、熱伝導性フィラーとして、六方晶窒
化ホウ素(hBN)粉末を用いられることが多い。しか
し、hBN粉末は、混合、混練、成形時に剪断応力を受
けてスペーサーにしたときに粒子は横に配向した状態に
なる。この状態では、hBN粒子の面方向(a軸方向)
の熱伝導率が110W/m・Kあるにも関わらず、粒子
の厚み方向(c軸方向)の熱伝導率2W/m・Kしか利
用することができず、十分に満足された放熱特性を有す
るスペーサーを得ることが困難であった。
【0007】例えば特公平6−12643号公報等にあ
るように、窒化ホウ素粒子をランダムに並ばせることに
よって、熱伝導性がかなり高められているが、まだまだ
不十分であり改善の余地がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者ら
は、スペーサーの熱伝導性と柔軟性を更に高めることを
目的として、種々検討した結果、六方晶窒化ホウ素で被
覆されたマグネシウム及び/又はカルシウムのホウ酸塩
粉末(以下、「BN被覆ホウ酸塩粉末」という。)と、
扁平度が10以上のhBN粉末(以下、「扁平BN粉
末」という。)を併用すれば、扁平BN粒子の一部がB
N被覆ホウ酸塩粒子間に挟まり、粒子の接触点ないしは
接触面が多くなり、スペーサーの熱伝導性がかなり向上
することを見いだし、そして、スペーサーの柔軟性を高
めるために、BN充填量を低減しても著しく高い熱伝導
性を発現することをあわせ見いだし、本発明を完成させ
るに至った。
【0009】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、樹
脂に熱伝導性フィラーを含有させてなる熱伝導性スペー
サーにおいて、上記熱伝導性フィラーとして、BN被覆
ホウ酸塩粉末25〜50体積%、扁平BN粉末5〜25
体積%を樹脂に含有させたものであることを特徴とする
熱伝導性スペーサーである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明を更に詳細に説明す
る。
【0011】本発明の高熱伝導性スペーサーのマトリッ
クスとして用いられる樹脂としては、エポキシ樹脂、フ
ェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ビス
マレイミドトリアジン等を不都合なく用いることができ
るが、通常の使用に対してはシリコーン樹脂が好適であ
る。
【0012】本発明で使用されるBN被覆ホウ酸塩粉末
は、マグネシウム又はカルシウムのホウ酸塩粒子のコア
部と、その表面の全部又は一部を覆っている鱗片状hB
Nからなるシェル部とで構成されている。マグネシウム
又はカルシウムのホウ酸塩とhBNの確認は、エネルギ
ー分散型蛍光X線測定器を用いて行うことができる。コ
ア部の割合は、粒子断面の面積占有率で10〜80%で
あることが好ましく、またシェル部の厚みは数〜十数μ
mであることが好ましい。
【0013】BN被覆ホウ酸塩粉末は、例えば次のよう
にして製造することができる。すなわち、メラミン、ホ
ウ酸、並びにマグネシウム、カルシウムの水酸化物及び
炭酸塩から選ばれた少なくとも一種の無機化合物のモル
百分率の三元組成図(メラミン,ホウ酸,無機化合物)
において、点A(35,60,5)、B(25,70,
5)、C(5,80,15)、D(5,5,90)を結
ぶ線で囲まれた範囲内にある混合物を、そのままもしく
は300kgf/cm2以下、好ましくは100kgf
/cm2以下の圧力で成型した後、窒素、アンモニア等
の非酸化性雰囲気下、温度1700〜2200℃で0.
5〜24時間、好ましくは2〜10時間焼成すると、B
N被覆ホウ酸塩粒子とhBNとが含まれた混合粉末を製
造することができるので、この混合粉末を水等の溶剤中
に超音波分散させ、24μmJIS篩いで篩い上残分を
選別することによって、BN被覆ホウ酸塩粒子の割合を
高めた混合粉末を製造することができる。(特願平10
−352519号参照)。
【0014】扁平BN粉末における扁平度とは、1個の
粒子の平均粒子径(Da)[(長径+短径)/2]をその
粒子の最大粒子厚み(Dc)で割ることによって求めら
れた値であり、200個の平均値である。本発明におい
ては、扁平度が10以上あることが必要であり、扁平度
が10未満では、BN被覆ホウ酸塩粒子との接触が十分
でなくなり、熱伝導の向上は少ない。
【0015】本発明のスペーサーを構成する熱伝導性フ
ィラーとしては、BN被覆ホウ酸塩粉末と扁平BN粉末
が必須成分となる。その比率を樹脂への混入率で示す
と、BN被覆ホウ酸塩粉末が25〜50体積%、扁平B
N粉末が5〜25体積%である。BN被覆ホウ酸塩粉末
が50体積%をこえると、熱伝導率は向上するものの柔
軟性の低下が著しく、逆に25体積%未満では熱伝導性
が向上しない。一方、扁平BN粉末が25体積%をこえ
ると、横に向くBNが多くなって熱伝導性が逆に低下
し、また5体積%未満では、BN被覆ホウ酸塩粉末との
接触が不十分となり熱伝導性が低下する。
【0016】平均粒子径については、BN被覆ホウ酸塩
粉末、扁平BN粉末共に、限定されるものではないが、
BN被覆ホウ酸塩粉末については5〜25μm、扁平B
N粉末については5〜15μmの範囲にあることが望ま
しい。
【0017】本発明のスペーサーの平面形状は、発熱素
子を埋没できる形状であれば、制限されるものではな
く、例えば三角形、四角形、五角形などの多角形、円
形、楕円形等が挙げられる。更には、発熱素子が埋没し
やすいように凹凸を設けてもかまわない。スペーサーの
厚みとしては、0.05〜5mm、特に0.2〜2mm
が一般的である。
【0018】本発明のスペーサーを製造するに際して
は、扁平BN粉末とシリコーン樹脂を、BN被覆ホウ酸
塩粉末とシリコーン樹脂を、それぞれ予め混合した後、
それぞれの混合物を所定の割合で再度混合する方法が、
最も良好な熱伝導性と柔軟性を付与されたスペーサーが
得られる点で最適である。
【0019】混合には、ロールミル、ニーダー、バンバ
リーミキサー等の公知の混合機を用いることができる。
また、成形は、押出し成形法が好ましい。プレス法で
は、扁平度の高い扁平BN粉末が横に配向し易くなる。
また、ドクターブレード法では、使用可能な粘度となる
まで有機溶剤を添加しなければならず、成形後有機溶剤
を除去する工程が必要となり、生産性に劣る。
【0020】加硫温度は、80〜200℃の範囲にある
ことが望ましい。80℃未満ではシートが十分に加硫さ
れず、逆に200℃をこえるとスペーサーの一部が劣化
する。また、加硫には、一般的な熱風乾燥機、遠赤外乾
燥機、マイクロ波乾燥機等を用いることができる。
【0021】
【実施例】以下、実施例、比較例をあげて更に具体的に
本発明を説明する。
【0022】実施例1〜5 比較例1〜3 付加反応型型シリコーン樹脂(東芝シリコーン社製 商
品名「SE1885」)と表1に示されるBN被覆ホウ
酸塩粉末とを、また上記シリコーン樹脂と扁平BN粉末
である市販のhBN粉末(電気化学工業社製 商品名
「デンカボロンナイトライド GPグレード」)とを、
個別に混合した後、それらを表1に示した所定の割合と
なるよう配合して更に混合を行った。
【0023】得られた混合物を、真空押出機にて厚さ1
mmとなるように押出し成形した後、140℃の乾燥機
中に15時間静置して加硫・硬化させ、スペーサーを作
製した。得られたスペーサーの、熱伝導率と圧縮率を以
下に従い測定した。その結果を表1に示す。
【0024】参考値として、扁平BN粉末単独で作製し
たスペーサーの物性を表1に記す。
【0025】(1)熱伝導率:スペーサーをTO−3型
銅製ヒーターケースと銅板との間に挟み、スペーサー厚
みの10%を圧縮した後、銅製ヒーターケースに電力5
Wかけて4分間保持し、銅製ヒーターケースと銅板との
温度差を測定し、熱伝導率(W/m・K)={電力
(W)×厚み(m)}/{温度差(K)×測定面積(m
2 )}、にて熱伝導率を算出した。 (2)圧縮率:スペーサーを1cm2角に打ち抜いた
後、精密万能試験機(島津製作所製商品名「オートグラ
フ」)により、厚さ方向に1kgfの荷重をかけたとき
の圧縮変形量を計測し、圧縮率(%)={圧縮変形量
(mm)×100}/元の厚さ(mm)にて、圧縮率を
算出した。 (3)扁平BN粉末の扁平度:液体窒素により冷却した
状態でスペーサーを切断し、破断面を露出させ、その破
断面をSEM観察により扁平BN粉の平均粒子径(D
a)及び最大粒子厚み(Dc)を測定し、扁平度を求め
た。
【0026】
【表1】
【0027】実施例6 BN被覆ホウ酸塩粉末として、BN被覆ホウ酸カルシウ
ムの代わりにBN被覆ホウ酸マグネシウムを用いたこと
以外は、実施例1に準じてスペーサーを作製したとこ
ろ、実施例1とほぼ同等の好結果が得られた。
【0028】
【発明の効果】本発明のスペーサーは、放熱特性及び柔
軟性に優れたものである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 樹脂に熱伝導性フィラーを含有させてな
    る熱伝導性スペーサーにおいて、上記熱伝導性フィラー
    として、六方晶窒化ホウ素で被覆されたマグネシウム及
    び/又はカルシウムのホウ酸塩粉末を25〜50体積
    %、扁平度10以上のBN粉末を5〜25体積%を樹脂
    に含有させたものであることを特徴とする熱伝導性スペ
    ーサー。
JP09600199A 1999-04-02 1999-04-02 熱伝導性スペーサー Expired - Lifetime JP3933341B2 (ja)

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