JP2015201534A

JP2015201534A - 熱伝導シートおよびその製造方法

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Publication number: JP2015201534A
Application number: JP2014079106A
Authority: JP
Inventors: 孝之蛭間; Takayuki Hiruma; 熊野　豊; Yutaka Kumano; 豊熊野; 木村　一夫; Kazuo Kimura; 一夫木村; 佳也坂口; Yoshiya Sakaguchi
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2034-04-08
Also published as: JP6236631B2

Abstract

【課題】所望の厚さが得られ、厚さ方向の熱伝導率が高い熱伝導シートを得ることを目的とする。
【解決手段】グラファイトシート１２の第１面１２ａおよび第１面１２ａとは反対側の第２面１２ｂに複数個の凹部１３を設け、凹部１３に樹脂層１４を形成した熱伝導シート１１であって、樹脂層１４の厚さをグラファイトシート１２の厚さよりも大きくし、第２面１２ｂを下にしたとき樹脂層１４の高さをグラファイトシート１２の第１面１２ａ側の最大高さよりも低くしたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、０．２ｍｍから２０ｍｍ程度の比較的大きな隙間を埋めながら、発生した熱を厚さ方向にスムースに伝えることができる熱伝導シートおよびその製造方法に関するものである。

近年各種電子機器の動作速度の向上が目覚しく、これに伴い半導体素子等の電子部品からの発熱が増大している。これに対して電子機器を安定して動作せせるために、これらの発熱素子にグラファイトシート等の熱伝導シートを用いて熱を拡散あるいは放熱させることが行われている。しかしながらグラファイトシートは、一般的にその厚さが０．０５ｍｍ程度と薄く、発熱素子とヒートシンクとの間に比較的大きな隙間があるものについては十分に機能しにくかった。

グラファイトシートは、図５に示すように平面状に広がる鱗片状の結晶構造を有しており、面方向（炭素６員環が連なるａ−ｂ軸方向）に大きな熱伝導率を有し、厚さ方向であるｃ軸方向の熱伝導率は比較的小さい。そこで図４のように、グラファイトシート１を複数枚貼り合わせて切断し、厚さ方向に熱伝導を良くしたものが提案されている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２００６−３０３２４０号公報

しかしながら、従来のような熱伝導シートでは厚み方向への熱伝導率が高いものが得られるが、発熱部品とヒートシンク、ヒートスプレッダ等の放熱部品を取り付ける時には加圧が必要な場合がある。この場合に薄いシートを貼り合わせて、貼り合わせ面に対して垂直に切断したものでは、加圧力は貼り合わせ面が倒れ込む方向にも力が働いてしまう。この結果、貼り合わせ面や、グラファイトシートの層間で剥離してしまうことがある。また積層した後で切断するという工程が増えるため、コストアップの要因となっていた。さらに上記熱伝導シートでは、グラファイトシートが向いている一方向にしか熱が伝導しにくいため、面方向の熱伝導性は劣ったものとなっていた。

本発明は、このような課題を解決し、所望の厚さが得られ、厚さ方向および面方向の熱伝導率が高く、機械的強度に優れた熱伝導シートを提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するために、グラファイトシートの第１面および第１面とは反対側の第２面に複数個の凹部を設け、凹部に樹脂層を形成した熱伝導シートであって、樹脂層の厚さをグラファイトシートの厚さよりも大きくし、第２面を下にして樹脂層の高さをグラファイトシートの第１面側の最大高さよりも低くしたものである。

以上のように構成することにより、所望の厚さが得られ、厚さ方向および面方向の熱伝導率が高く、機械的強度に優れた熱伝導シートを得ることができる。

本発明の一実施の形態における熱伝導シートの断面図本発明の一実施の形態における熱伝導シートの製造方法を説明する図本発明の一実施の形態における別の熱伝導シートの製造方法を説明する図従来の熱伝導シートの斜視図一般的なグラファイトの結晶構造を示す図

以下、本発明の一実施の形態における熱伝導シートについて、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態における熱伝導シート１１の断面図であって、グラファイトシート１２を変形させて複数個の凹部１３を形成し、その第１面１２ａ側の凹部１３にシリコーンを注入することによって樹脂層１４を設け、さらに第１面１２ａとは反対側の第２面１２ｂ側の凹部１３にも樹脂層１４を設け、グラファイトシート１２と樹脂層１４とを接着することにより熱伝導シート１１を構成している。

グラファイトシート１２は、厚さ約０．０５ｍｍの熱分解グラファイトシートを用い、その厚さ方向の熱伝導率は約１３００Ｗ／ｍ・Ｋとなっている。これを高さ約０．５ｍｍになるように波形に変形させ、凹部１３を形成している。グラファイトシート１２の第１面１２ａ側の凹部１３および第２面１２ｂ側の凹部１３にシリコーンを注入して硬化させ、樹脂層１４を形成している。このようにして、熱伝導シート１１の厚さは約０．５ｍｍとなっている。

ここでグラファイトシート１２の第２面１２ｂを下にしたとき、グラファイトシート１２の第１面１２ａ側の最大高さＨ１を、樹脂層１４の高さＨ２よりも高くしている。このように構成することにより、グラファイトシートの第１面１２ａ側を発熱部品に当接したときに、発熱部品からの熱は、グラファイトシートの第１面１２ａ側のピークに最も近くなるため、グラファイトシート１２に伝わりやすくなる。グラファイトシート１２は、その面方向への熱伝導率が非常に高いため、発熱部品からの熱は速やかに全体に広がる。そのため、熱伝導シート１１の厚さを約０．５ｍｍと厚くしても、一面側から他面側への熱伝導率を高めることができる。

なお、グラファイトシート１２と樹脂層１４により構成したシートの少なくとも一方の面に、より望ましくは両方の面に保護層１５を設けることが望ましい。このようにすることにより、グラファイトシート１２を外力から保護するとともに、熱伝導シート１１の形状を保ちやすくなる。この保護層１５としては、例えばポリエチレンテレフタレートからなるシートにアクリル系粘着層を設けた厚さ約１０μｍのシートを用いることができる。このように保護層１５を貼り合わせることにより、熱伝導性はやや劣化するが、樹脂層１４の高さをグラファイトシートの第１面１２ａ側の最大高さよりも低くしているため、保護層１５からグラファイトシート１２に速やかに伝熱され、熱伝導率の劣化を最小限にすることができる。

また、保護層１５を両面テープにしても良い。このようにすることにより、発熱部品あるいは放熱部材に熱伝導シート１１を安定して熱的に接続することができる。

次に、本発明の一実施の形態における熱伝導シートの製造方法について説明する。

まず図２（ａ）のように波形に形成された成形台２０の上にグラファイトシートを重ねて上から押圧することにより、グラファイトシート１２を波形に変形させる。このときのグラファイトシート１２の上面を第１面１２ａとする。グラファイトシート１２は波形となっているため、周期的に凹部１３が形成されている。ここでグラファイトシート１２には、厚さ約０．０５ｍｍの熱分解グラファイトシートを用いている。またこの成形台２０の波形の高さは、約０．５ｍｍとなっている。

次に図２（ｂ）のようにスキージー２１を用いて、グラファイトシートの第１面１２ａの凹部１３に第１の樹脂１６を注入する。第１の樹脂１６としては、例えば熱硬化性のシリコーンを用いている。また第１の樹脂１６は、凹部１３がほぼ埋まる程度に注入する。そのあと約１５０℃の乾燥機に入れることにより第１の樹脂１６を硬化させ、グラファイトシート１２と接着させる。

次に図２（ｃ）のようにグラファイトシートの第１面１２ａ側を下にして、スキージー２１を用いて第１面１２ａとは反対側の第２面１２ｂの凹部１３に第２の樹脂１７を注入する。第２の樹脂１７は、第１の樹脂１６と同じ樹脂であっても構わない。そのあと約１５０℃の乾燥機に入れることにより第２の樹脂１７を硬化させ、グラファイトシート１２と接着させる。

このようにして図２（ｄ）のような厚さ約０．５ｍｍの熱伝導シート１１を得る。第１の樹脂１６、第２の樹脂１７に熱硬化性樹脂を用いることにより、硬化時に収縮が起こり、第２面１２ｂを下にして第１の樹脂１６の高さＨ２を、グラファイトシートの第１面１２ａ側の最大高さＨ１よりも低くした熱伝導シート１１を得ることができる。

さらに図２（ｅ）のように、少なくとも一方の面に、より好ましくは両面に保護層１５を設けることが望ましい。このようにすることにより、グラファイトシート１２を外力から保護するとともに、熱伝導シート１１の形状を保ちやすくなる。この保護層１５としては、例えばポリエチレンテレフタレートからなるシートにアクリル系粘着層を設けた厚さ約１０μｍのシートを用いることができる。このように保護層１５を貼り合わせることにより、熱伝導性はやや劣化するが、第１の樹脂１６の高さをグラファイトシートの第１面１２ａ側の最大高さよりも低くしているため、保護層１５からグラファイトシート１２に速やかに伝熱され、熱伝導率の劣化を最小限にすることができる。

次に、本発明の一実施の形態における別の熱伝導シートの製造方法について説明する。

まず、図３（ａ）のように、厚さ約０．５ｍｍのＢステージ状の樹脂シート１８に互いに平行な複数個のスリット１９を形成する。この樹脂シート１８は熱硬化性のシリコーンからなり、スリット１９の幅を約０．１ｍｍ、スリット１９の間隔を約０．５ｍｍとしている。

次に図３（ｂ）のように、樹脂シート１８を縫うようにグラファイトシート１２をスリット１９に通し、グラファイトシート１２が交互に樹脂シート１８の上下にくるようにする。ここでグラファイトシート１２には、厚さ約０．０５ｍｍの熱分解グラファイトシートを用いている。そのあと約１５０℃の乾燥機に入れることにより樹脂シート１８を硬化させ、グラファイトシート１２と接着させる。グラファイトシート１２は交互に樹脂シート１８の上下にくるため、硬化後も樹脂シート１８の高さをグラファイトシート１２の最大高さよりも低くすることができ、発熱部品等との熱抵抗を小さくすることができる。

さらに図３（ｃ）のように、少なくとも一方の面に、より好ましくは両面に保護層１５を設けることが望ましい。このようにすることにより、グラファイトシート１２を外力から保護するとともに、熱伝導シート１１の形状を保ちやすくなる。この保護層１５としては、例えばポリエチレンテレフタレートからなるシートにアクリル系粘着層を設けた厚さ約１０μｍのシートを用いることができる。このように保護層１５を貼り合わせることにより、熱伝導性はやや劣化するが、樹脂シート１８の高さＨ２をグラファイトシートの第１面１２ａ側の最大高さＨ１よりも低くしているため、保護層１５からグラファイトシート１２に速やかに伝熱され、熱伝導率の劣化を最小限にすることができる。

本発明の熱伝導シートは、所望の厚さが得られ、厚さ方向の熱伝導率が高いものが得られ、産業上有用である。

１１熱伝導シート
１２グラファイトシート
１２ａ第１面
１２ｂ第２面
１３凹部
１４樹脂層
１５保護層
１６第１の樹脂
１７第２の樹脂
１８樹脂シート
１９スリット
２０成形台
２１スキージー

Claims

グラファイトシートの第１面および前記第１面とは反対側の第２面に複数個の凹部を設け、前記凹部に樹脂層を形成した熱伝導シートであって、前記樹脂層の厚さを前記グラファイトシートの厚さよりも大きくし、前記第２面を下にしたとき前記樹脂層の高さを前記グラファイトシートの前記第１面側の最大高さよりも低くした熱伝導シート。
前記熱伝導シートの少なくとも一方の面に保護層を設けた請求項１記載の熱伝導シート。
前記保護層が両面テープで構成されている請求項２記載の熱伝導シート。
グラファイトシートを波形に変形させる工程と、前記グラファイトシートの第１面の凹部に第１の樹脂を注入する工程と、加熱して前記第１の樹脂を硬化させる工程と、前記グラファイトシートの第１面とは反対側の第２面の凹部に第２の樹脂を注入する工程と、加熱して前記第２の樹脂を硬化させる工程とを備え、前記第２面を下にして前記第１の樹脂の高さを前記グラファイトシートの第１面側の最大高さよりも低くした熱伝導シートの製造方法。
前記熱伝導シートの少なくとも一方の面に保護層を設ける工程を有する請求項４記載の熱伝導シートの製造方法。
Ｂステージ状の樹脂シートに互いに並行な複数個のスリットを形成する工程と、前記樹脂シートを縫うようにグラファイトシートを前記スリットに通す工程と、前記樹脂シートを熱処理して硬化することにより前記樹脂シートと前記グラファイトシートとを一体化する工程とを備えた熱伝導シートの製造方法。
前記熱伝導シートの少なくとも一方の面に保護層を設ける工程を有する請求項６記載の熱伝導シートの製造方法。