JP2001345406A

JP2001345406A - 熱伝導材

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Publication number: JP2001345406A
Application number: JP2000166175A
Authority: JP
Inventors: Yoshitoki Hayashi; 義時林
Original assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Current assignee: Kitagawa Industries Co Ltd
Priority date: 2000-06-02
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2001-12-14
Anticipated expiration: 2020-06-02
Also published as: JP3431576B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電子部品の熱をより良好にヒートシンクに伝
導して放熱効果を高めること。【解決手段】熱伝導材１０は、熱伝導基材１１、メッ
シュ銅箔１２及び剥離紙１３から構成されている。メッ
シュ銅箔１２は多数の穴（網目）を有するメッシュ状で
あり、上下の熱伝導基材１１は網目を通して連続してい
る。この熱伝導材１０は、メッシュ銅箔１２が電子部品
の表面に沿う姿勢で電子部品とヒートシンクとの間に挿
入されて使用され、挿入後に加熱するか電子部品の熱で
熱伝導基材１１が加熱されれば熱伝導基材１１が可塑化
して電子部品及びヒートシンクの表面に密着する。その
結果、熱伝導基材１１を介しての熱伝導効率が良好とな
り、電子部品の熱を良好に放熱できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱伝導材の技術分
野に属する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータのＣＰＵには発生する熱を
効率よく放出するためにヒートシンクが取り付けられて
いる。このヒートシンクとＣＰＵの外面との接触が良好
でないと（ギャップがあると）放熱効率が低下するの
で、熱伝導性の良好なインターフェース材をヒートシン
クとＣＰＵの間に充填してギャップを防いでいた。

【０００３】このインターフェース材としての熱伝導材
には、樹脂等の母材中にセラミックス等からなる充填材
を分散させたもの、例えば加硫ＥＰＤＭ樹脂とセラミッ
クス粉体を混練してなる熱伝導材あるいはパラフィンと
セラミックス粉体を混練してなる熱伝導材がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、板状の熱伝
導基材による伝熱量（Ｑ）については、下記の数式１に
示す関係が成り立つことが知られている。

【０００５】

【数１】Ｑ：伝熱量 λ：熱伝導率［Ｋｃａｌ／ｍｈ℃］Ｑ₁−Ｑ₂：表裏の温度差ｘ：板厚Ｆ：表面積Ｔ：時間したがって、熱伝導効率を上げるには（伝熱量Ｑを大き
くするには）、熱伝導率λのよいものを使うか板厚ｘを
薄くすればよい。

【０００６】ところで熱伝導率λの向上（すなわち熱伝
導材の改良）には多大な研究を要するのが普通であり、
人的また経済的負担が大きい。また、先人により研究し
尽くされた感もある。これに比べて板厚ｘを薄くする手
法はどちらかと言えば安易である。しかし、熱伝導基材
の板厚ｘを薄くすると、例えば剛性が小さくなって取り
扱い難くなるという問題がある。

【０００７】なお、従来の熱伝導材（例えば加硫ＥＰＤ
Ｍ樹脂とセラミックス粉体を混練してなる熱伝導材）
は、その使用時の温度条件では固形であったので、ＣＰ
Ｕあるいはヒートシンクの形状に追随して変形すること
がなく、例えばＣＰＵの表面との間あるいはヒートシン
クの表面との間に微細な空隙が生じてしまい、十分な熱
伝導効果が得られないという問題もあった。なお、こう
した問題はＣＰＵに限定されるものではなく使用時に発
熱する電子部品に共通の問題である。

【０００８】本発明は熱伝導基材の板厚ｘを薄くした際
の取り扱いの問題を解決することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段、発明の実施の形態及び発
明の効果】上記課題を解決するための請求項１記載の熱
伝導材は、被装着体の表面に向けて押圧されると該表面
の形状に追随して変形する性質を持つ厚さが１ｍｍ以下
の板状の熱伝導基材と、該熱伝導基材の２面または１面
に貼着された保護シートとからなることを特徴とする。

【００１０】熱伝導基材は、被装着体（例えばＣＰＵ）
の表面に向けて押圧されるとその表面の形状に追随して
変形する性質を持ち、しかも厚さが１ｍｍ以下の板状で
ある。要するに熱伝導基材だけでは例えば平板状に姿勢
を保つのが難しいのであるが、２面または１面に保護シ
ートが貼着されているから、その保護シートが支持体と
なって熱伝導基材の過剰な変形を阻止する。したがっ
て、熱伝導材を例えばＣＰＵの表面に取り付ける際に取
り扱いが簡単となり、作業性が向上する。

【００１１】熱伝導材を電子部品（例えばＣＰＵ）とヒ
ートシンクとの間に介装する作業は、例えば次のように
行われる。まず、熱伝導材の１面を露出させた状態とす
る（２面に保護シートが貼着されているなら、１枚を剥
がす。）。この熱伝導基材の１面に保護シートが貼着さ
れた状態で、その熱伝導基材の露出面を電子部品（例え
ばＣＰＵ）の目的の面に当接させる。そして、例えば保
護シート側から押圧したり加熱する（熱転写）ことで熱
伝導基材を電子部品の表面に密着させてから保護シート
を剥がす。その保護シートを剥がした面にヒートシンク
を当ててビスなどで電子部品に固定する。

【００１２】この際にビス等による力（例えば締め付け
力）が、ヒートシンクと電子部品とで熱伝導基材を挟み
付ける力（挟持力）として作用する。熱伝導基材は厚さ
が１ｍｍ以下の板状で、被装着体（例えばＣＰＵ）の表
面に向けて押圧されるとその表面の形状に追随して変形
する性質を持つので、電子部品とヒートシンクとで熱伝
導基材を挟持すれば、その挟持力＝押圧力により電子部
品及びヒートシンクの双方の表面形状に追随して変形す
る。これにより熱源となる電子部品と放熱のためのヒー
トシンクとの双方に熱伝導基材が密着する。熱伝導基材
と電子部品及びヒートシンクの表面との間に微細な空隙
が生じることがないから、十分な熱伝導効果が得られ
る。

【００１３】熱伝導基材の厚さは１ｍｍ以下であれば良
好な熱伝導効率とできるが、これが薄ければ薄いほどよ
いことは言うまでもない。よって、好ましくは０．５ｍ
ｍ以下である。ただし、薄くしすぎると、保護シートが
あっても、また請求項３記載のサポート材があっても、
取付作業時の破断などの可能性が高まる。また、取付作
業時の屈曲などでサポート材が熱伝導基材の表面に露出
するおそれもある。したがって、熱伝導基材の板厚は
０．１ｍｍ以上とするのが好ましい。つまり、熱伝導基
材の厚さは０．５ｍｍ以下、０．１ｍｍ以上とするのが
好ましい。

【００１４】なお、被装着体の表面に向けて押圧される
と該表面の形状に追随して変形する例としては、塑性変
形や弾性変形がある。つまり、そのように変形する性質
としては可塑性や弾性が例示される。また、保護シート
の剛性が高すぎると上述の作業性が悪くなるおそれがあ
るので、ある程度の柔軟性を持つ材料例えば紙やプラス
チックフィルムなどを使用するのが望ましい。

【００１５】請求項２記載の熱伝導材は、請求項１記載
の熱伝導材において、前記保護シートは、前記熱伝導基
材の表面を損なわずに剥離可能であることを特徴とす
る。上述の通り、熱伝導材を電子部品等に装着する際に
は保護シートを取り除く必要があるので、保護シートを
剥がすときに熱伝導基材の表面の一部が保護シート側に
はぎ取られるようなことは好ましくない。したがって、
請求項２記載のように熱伝導基材の表面を損なわずに剥
離可能であることが好ましい。

【００１６】そのためには、保護シートとしていわゆる
剥離紙を用いたり、保護シートと熱伝導基材との間に剥
離層を設けておくとよい。請求項３記載の熱伝導材は、
請求項１または２記載の熱伝導材において、全部または
一部が前記熱伝導基材の内部に配されて該熱伝導基材を
支持するサポート材を備えたことを特徴とする。

【００１７】このサポート材は、全部または一部が熱伝
導基材の内部に配されているので、熱伝導基材を内部か
ら支持することができる。このため、保護シートをより
薄くあるいはより柔軟にすることが可能となる。また、
保護シートを剥がした後もサポート材が熱伝導基材を支
持しているので、作業性がより良好になる。

【００１８】ただし、熱伝導材の使用時にもサポート材
が熱伝導基材と一体化したままとなるので、サポート材
の熱伝導性が良好でなければならない。そのようなサポ
ート材は、例えば請求項４記載の金属箔にて実現でき
る。特に、金、銀、銅、アルミ等の熱伝導率が高い金属
の箔が好ましい。また、金属箔を使用すれば電磁シール
ド効果も期待できる。なお、サポート材は熱伝導性が良
好であればよいので、金属箔に限定されるわけではな
い。

【００１９】金属箔を用いる場合、単なる箔であると、
箔を境にしてその両側の熱伝導基材が分離されるおそれ
があるので、請求項５記載のように金属箔に穴（多数の
穴）を設けておき、金属箔の両側の熱伝導材を穴を介し
て連続させるとよい。穴は物理的な加工（例えばドリル
やレーザ）で設けても化学的な加工によって設けても、
どちらでもよい。また、穴の方向も金属箔の表面に垂直
方向でも表面に対して傾斜する方向でも構わないし、途
中で曲がっていてもよい。ただし、穴の配置に偏りが無
いのが好ましい。

【００２０】請求項６記載の熱伝導材は、請求項１ない
し５のいずれか記載の熱伝導材において、前記熱伝導基
材は、融点が３０〜７０℃かつ１００℃における粘度が
７００００ｃＰ以上の有機材料中に該熱伝導基材の３０
〜９０重量％の充填剤を分散してなることを特徴とす
る。

【００２１】この熱伝導基材の母材となる有機材料とし
ては、オレフィン系樹脂、具体的には酢酸ビニル−エチ
レン共重合体、ポリエチレン、ポリイソブチレン、エチ
レン−エチルアルコール等のオレフィン系樹脂であっ
て、上記の条件（融点が３０〜７０℃、１００℃におけ
る粘度が７００００ｃＰ以上）を満たすもの、分子量７
０００〜５００００の未加硫ＥＰＤＭ（未加硫エチレン
−プロピレンゴム）等が例示されるが、上記の融点及び
粘度条件を満たすものなら特に限定なく使用できる。

【００２２】充填材としては、セラミックス、その一種
であるソフトフェライト、金属粉、金属磁性体、炭素繊
維等を使用できる。セラミックスは熱伝導率が高いた
め、熱伝導基材の熱伝導性能を高めることができる。セ
ラミックスの例としては炭化珪素、窒化硼素、アルミ
ナ、水酸化アルミニウム、酸化亜鉛、マグネシア、水酸
化マグネシウム、窒化珪素、窒化アルミニウム等をあげ
ることができる。

【００２３】ソフトフェライトとしてはＮｉ−Ｚｎ系フ
ェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト等が例示される。ソフ
トフェライトは磁性シールド効果が高いため、これを充
填剤とすることによって、磁性シールド効果の高い熱伝
導基材を実現できる。金属粉の場合、金、銀、銅、アル
ミ等を使用できる。これらの金属粉は、熱伝導率が高い
と同時に電界シールド効果に優れるため、これらを充填
剤とすることによって、熱伝導効果と電界シールド効果
の双方に優れた熱伝導基材を実現できる。

【００２４】金属磁性体としては、ケイ素鋼（Ｆｅ−Ｓ
ｉ）、パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ）、センダスト（Ｆｅ−
Ａｌ−Ｓｉ）、パーメンジュール（Ｆｅ−Ｃｏ）、Ｓｕ
Ｓ（Ｆｅ−Ｃｒ）がある。こうした金属磁性体は磁性シ
ールド効果が高いため、これらを充填剤とすることによ
って磁性シールド効果に優れる熱伝導基材を実現でき
る。

【００２５】炭素繊維は、ＰＡＮ系、ピッチ系、ＶＧＣ
Ｆ、グラファイト、カール状等を使用できる。炭素繊維
は熱伝導率が高いと同時に電界シールド効果が高いた
め、これらを熱伝導基材とすることによって、熱伝導効
果と電界シールド効果の双方に優れた熱伝導基材が実現
できる。

【００２６】なお、充填材は上に例示したものに限定さ
れるわけではない。また、１種類の充填材を単独で使用
してもよいし、複数種類を混用してもよい。充填剤の構
成単位の形状としては、粒状のもの、フレーク状のも
の、あるいは繊維状のもの等が使用可能である。

【００２７】熱伝導基材を構成する有機材料の融点が３
０〜７０℃の温度範囲にあるので、この融点以上に加熱
されると有機材料が液化する。ただし、有機材料の１０
０℃における粘度が７００００ｃＰ以上であるから、融
点付近ではそれよりも高粘度である。このため融点以上
となって液化してもきわめて流動しにくい状態である。
また、有機材料中に分散している充填剤が有機材料の過
度の流動化を防止する。したがって、熱伝導基材として
は例えば粘土のような可塑性を呈する。この有機材料が
液化した状態での熱伝導基材の可塑性（流動性）は充填
剤の配合割合によって調整できる。この場合、有機材料
及び充填剤の種類（組合せ）にもよるが、充填材の配合
割合は熱伝導基材の３０〜９０重量％の範囲にするとよ
い。

【００２８】このように比較的低温（有機材料の融点以
上）で可塑性を持つので、これを電子部品の表面に接触
させた状態で有機材料の融点以上に加熱し、電子部品の
表面形状に追随して塑性変形させることができ、それに
より電子部品の表面に密着させることができる。その際
に、電子部品とヒートシンクとで熱伝導基材を挟んでお
けば電子部品とヒートシンクとの双方に熱伝導基材を密
着させることができる。

【００２９】有機材料の融点を高め（７０℃に近い温
度）に設定しておけば、熱伝導基材が電子部品の通常の
使用状態で可塑性を持つ可能性は低い。この場合、上記
のようにして電子部品とヒートシンクの間に熱伝導基材
を挟んで可塑化させることで密着させてから電子部品を
使用すればよい。

【００３０】また有機材料の融点を低め（３０℃に近い
温度）に設定しておけば、熱伝導基材が接触する電子部
品からの熱により昇温して可塑性を持つ。そして、電子
部品及びヒートシンクの表面形状に追随して変形し、電
子部品及びヒートシンクに良好に密着する。なお、上述
したとおり粘性が高いから、電子部品の発熱によって流
出する（液だれする）ことはない。

【００３１】電子部品の発熱の程度と有機材料の融点の
設定とにより上記のような２通りの使用ができるが、ど
ちらにしても熱伝導基材を電子部品及びヒートシンクに
良好に密着させることができる。その結果、熱伝導基材
を介しての熱伝導効率が良好となり、電子部品の熱を良
好に放熱できる。

【００３２】また、電子部品及びヒートシンクの表面形
状に忠実に追随して変形するから、ヒートシンクから電
子部品にかかる荷重が均等に分散され、電子部品の一部
に偏った荷重がかることがない。さらに、常温で可塑性
を有する有機材料を用いれば、熱伝導基材を例えば電子
部品の表面にあてがう際に電子部品の表面形状に追随さ
せて塑性変形させることができるから、その後の加熱あ
るいは昇温によって有機材料が液化したときの密着性が
より良好になる。

【００３３】

【実施例】（熱伝導基材）以下に示す有機材料と充填材
を２本ロールの混練機を用いて混練した後、成形し、シ
ート状の熱伝導基材（実施例１、２、比較例１、２）を
得た。なお、比較例１は有機材料としての未加硫ＥＰＤ
Ｍを単独で成形してシート状としたものである。実施例
１、２及び比較例２の熱伝導基材は、図１に例示するよ
うに有機材料中に充填剤が分散した構造となっている。〈実施例１〉未加硫ＥＰＤＭ（有機材料）：１００重量部ＳｉＣ（充填剤）：２３０重量部〈実施例２〉未加硫ＥＰＤＭ（有機材料）：１００重量部ＢＮ（充填剤）：１２０重量部〈比較例１〉未加硫ＥＰＤＭのみ〈比較例２〉パラフィン（分子量１０００）（有機材料）：１００重量部Ａｌ₂Ｏ₃（充填剤）：１５０重量部これら実施例１、２及び比較例１、２の熱伝導基材の特
性は表１に示す通りである。なお、粘度はＢ型粘度計を
用いて測定し、熱伝導率は京都電子工業が販売する熱伝
導計ＱＴＭ−５００を用いて測定した。

【００３４】

【表１】ここで、液だれとは、熱伝導基材を電子部品とヒートシ
ンクの間に挟んで使用した際に熱伝導基材が流動化し流
れ出す現象をいう。

【００３５】表１から明らかなとおり、実施例１、２の
熱伝導基材は、熱伝導率が高く、有機材料の融点を大幅
に上回る１００℃でも液だれを生じていない。一方、比
較例１の場合は１００℃で液だれを起こしている。この
ことから充填剤の使用が液だれ防止に有効なことが判
る。また、比較例２の熱伝導基材は、熱伝導率が低く、
１００℃で液だれを起こしている。（熱伝導材）上記実施例１、２の熱伝導基材を使用し
て、図２（ａ）に示す構造の熱伝導材を製造した。この
熱伝導材１０は、実施例１（または実施例２）の熱伝導
基材１１、メッシュ銅箔１２及び剥離紙１３から構成さ
れている。メッシュ銅箔１２は、図２（ｂ）に示すよう
に多数の穴（網目）を有するメッシュ状であり、上下の
熱伝導基材１１は網目を通して連続している。熱伝導材
１０の厚さ（剥離紙１３を含む）は１ｍｍ以下（本実施
例の場合、上下の熱伝導基材１１の合計厚さは約０．５
ｍｍ）であり、メッシュ銅箔１２の厚さは約３０μｍで
ある。なお、図２は熱伝導材１０の断面構造を模式的に
示すものであり、実際の寸法を反映してはいない。

【００３６】この熱伝導材１０は、メッシュ銅箔１２が
電子部品（例えばＣＰＵ）の表面に沿う姿勢で電子部品
とヒートシンクとの間に挿入されて使用される。その装
着手順は次のようなものである。まず、熱伝導材１０の
図２（ａ）における上の面（剥離紙１３で覆われていな
い面）をＣＰＵの放熱面に当接し、剥離紙１３側から押
圧しながら例えば１００℃程度に加熱する。すると、熱
伝導基材１１が可塑化してＣＰＵの放熱面に密着する
（つまり熱転写する。）。

【００３７】その後、剥離紙１３を剥がし、その剥離紙
１３を剥がした面にヒートシンクを当ててビスなどで電
子部品に固定する。このビス等による力（例えば締め付
け力）が、ヒートシンクと電子部品とで熱伝導基材１１
を挟み付ける力（挟持力）として作用する。

【００３８】熱伝導基材１１は厚さが１ｍｍ以下（実施
例では約０．５ｍｍ）の板状で、ＣＰＵまたはヒートシ
ンクの表面に向けて押圧されるとその表面の形状に追随
して変形する性質を持つので、ＣＰＵとヒートシンクと
で熱伝導基材１１を挟持すれば、その挟持力＝押圧力に
よりＣＰＵ及びヒートシンクの双方の表面形状に追随し
て変形する。これにより熱源となるＣＰＵと放熱のため
のヒートシンクとの双方に熱伝導基材１１が密着する。
熱伝導基材１１とＣＰＵ及びヒートシンクの表面との間
に微細な空隙が生じることがないから、十分な熱伝導効
果が得られる。

【００３９】また、ヒートシンクを取り付けた後に再度
加熱して熱伝導基材１１を可塑化させて、今度はヒート
シンクの表面に密着させてもよい。または、ＣＰＵの使
用に伴う発熱で熱伝導基材１１が加熱されれば、それに
よって可塑化してＣＰＵ及びヒートシンクの表面に密着
する。どちらにしても熱伝導基材１１をＣＰＵ及びヒー
トシンクに良好に密着させることができる。その結果、
熱伝導基材１１を介しての熱伝導効率が良好となり、Ｃ
ＰＵの熱を良好に放熱できる。

【００４０】また、ＣＰＵ及びヒートシンクの表面形状
に忠実に追随して変形するから、ヒートシンクからＣＰ
Ｕにかかる荷重が均等に分散され、ＣＰＵの一部に偏っ
た荷重がかることがない。熱伝導材１０の取付作業に当
たっては、保護シートに該当する剥離紙１３及びサポー
ト材に該当するメッシュ銅箔１２が支持材となって熱伝
導基材１１を支持するので、取り扱いやすく、作業性も
良好になる。

【００４１】メッシュ銅箔１２は熱伝導性が良いから、
ＣＰＵからヒートシンクへの伝導を阻害しない。また、
銅箔１２による電磁シールド効果も期待できる。銅箔１
２が熱伝導基材１１の内部に配されているので、ＣＰＵ
またはヒートシンクとの密着性は熱伝導基材１１によっ
て確保される。

【００４２】しかも、メッシュの網目にて銅箔１２の両
側の熱伝導基材１１を連続させているので、熱伝導基材
１１が銅箔１２から分離するおそれもない。なお、図３
（ａ）に例示するように、熱伝導基材１１の両面に剥離
紙１３（または他の保護シート）を張り付けた構造とし
たり、図３（ｂ）、（ｃ）に例示するようにサポート材
を用いない構造とすることもできる。その場合、図３
（ｂ）のように熱伝導基材１１の一方の面に剥離紙１３
（保護シート）を張り付けた構造としても、図３（ｃ）
のように熱伝導基材１１の両方の面に剥離紙１３（保護
シート）を張り付けた構造としても、どちらでもよい。

【００４３】以上、本発明について説明したが、本発明
は上述の各例に限定されるものではなく、本発明の要旨
を逸脱しない範囲でさまざまに実施できることは言うま
でもない。例えば熱伝導基材の厚さを約０．５ｍｍとし
ているが、これを更に薄くする（例えば０．１ｍｍ程度
とする）ことも可能である。この厚さが小さければ小さ
いほど熱伝導効率すなわちＣＰＵなどの電子部品からヒ
ートシンクへの放熱効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の熱伝導基材の内部構造の模式図であ
る。

【図２】実施例の熱伝導基材を用いた熱伝導材の説明
図である。

【図３】実施例の熱伝導基材を用いた他の熱伝導材の
説明図である。

【符号の説明】

１０熱伝導材１１熱伝導基材１２メッシュ銅箔（サポート材）１３剥離紙（保護シート）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4F100 AA14A AA14C AA16A AA16C AB01B AB17B AB33B AK75A AK75C AR00A AR00C AR00D BA04 BA07 BA10A BA10D CA23A CA23C DC11B DC16B DG10D GB41 JA04A JA04C JA06A JA06C JJ01 JJ01A JJ01C JL14D YY00A YY00C 5F036 AA01 BA04 BA23 BB21 BD01 BD21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被装着体の表面に向けて押圧されると該
表面の形状に追随して変形する性質を持つ厚さが１ｍｍ
以下の板状の熱伝導基材と、該熱伝導基材の２面または１面に貼着された保護シート
とからなることを特徴とする熱伝導材。
【請求項２】請求項１記載の熱伝導材において、前記保護シートは、前記熱伝導基材の表面を損なわずに
剥離可能であることを特徴とする熱伝導材。
【請求項３】請求項１または２記載の熱伝導材におい
て、全部または一部が前記熱伝導基材の内部に配されて該熱
伝導基材を支持するサポート材を備えたことを特徴とす
る熱伝導材。
【請求項４】請求項３記載の熱伝導材において、前記サポート材は金属箔であることを特徴とする熱伝導
材。
【請求項５】請求項４記載の熱伝導材において、前記金属箔には穴が設けられていることを特徴とする熱
伝導材。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれか記載の熱伝
導材において、前記熱伝導基材は、融点が３０〜７０℃かつ１００℃に
おける粘度が７００００ｃＰ以上の有機材料中に該熱伝
導基材の３０〜９０重量％の充填剤を分散してなること
を特徴とする熱伝導材。