JP2003152371A - 熱伝導材及び熱伝導材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 凹凸、反り及びうねり等のある面に対しても
密着して接合することができ、熱を離れた場所に伝達で
きる優れた熱伝導性を有する熱伝導材を提供する。 【解決手段】 厚み方向に貫通孔を有する基材の前記貫
通孔に高熱伝導材料を充填されてなる熱伝導材であっ
て、前記高熱伝導材料は、電解メッキ、無電解メッキ、
コーティング、真空蒸着、物理的蒸着及び化学的蒸着か
らなる群より選択される少なくとも１つの方法によって
前記貫通孔に充填されるものである熱伝導材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、凹凸、反り及びう
ねり等のある面に対しても密着して接合することがで
き、優れた熱伝導性を有する熱伝導材及び熱伝導材の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気・電子部品等の発熱体には、ヒート
シンクやヒートパイプ等の放熱部品、ペルチェ素子等の
電気的冷却装置、又は、冷却水等の冷却媒体を循環させ
る冷却装置等の放熱体が隣接して設置されるが、電気・
電子部品に限らず、発熱体及び放熱体の表面はわずかに
凹凸を有していることが多く、発熱体に放熱体を直接接
触させても接触面積が小さいために熱伝導が悪い場合が
ある。

【０００３】そこで従来、発熱体からの熱を放熱体に効
率よく伝えるために、発熱体と放熱体との間には、柔軟
性すなわち界面追従性があって、密着性が高い、熱伝導
性物質を含有するシリコーンオイルコンパウンド、又
は、窒化ホウ素、アルミナ、窒化アルミニウム及び窒化
珪素等の優れた熱伝導性を有する充填材が充填されたシ
リコーンゴムシート等の熱伝導材が用いられていた。

【０００４】しかし、シリコーンオイルコンパウンド
は、粘稠体であるため、取扱い性に劣り、塗りムラが発
生することもあった。また、シリコーンゴムシートは、
優れた熱伝導性を得るために充填材の充填量を増やす
と、柔軟性が低下して密着性が悪化するので、充分な熱
伝導性を得られなかった。

【０００５】上述の問題に対して、特開平０８−２４４
０９４号公報には、熱伝導性を向上するために、窒化ホ
ウ素等の熱伝導性微粒子をシートの厚み方向に配向させ
た熱伝導シートが開示されている。しかしながら、熱伝
導性微粒子は必ずしも連続的に接触するわけではなく、
接触する確率を上げるためには充填材の充填量を増やす
必要があり、配向も微小的にはランダムに分散しており
充分な効果が得られないという問題があった。

【０００６】また、特開平０５−２５９６７１号公報に
は、シートを厚み方向に貫通するような柱状熱伝導性充
填材をシートの厚み方向に配向させた熱伝導シートが開
示されている。しかしながら、充填材を任意の方向に配
向させることは難しく、更に、加工性を考慮すると必然
的に充填材の径が大きくなって充填材と発熱体や放熱体
との接触部分での密着性が悪化し、熱伝導性が悪化する
という問題があった。

【０００７】また近年、ノートパソコン等の様々なコン
ピューター製品が小型化されており、スペース上、ＣＰ
Ｕ等の発熱体に接して放熱体を設置できなくなってきて
おり、発熱体から離れて設置された放熱体に熱を伝達す
る部材が必要になっている。そこで、ヒートパイプやグ
ラファイトシート（松下電器産業社製）等の部材が提案
されている。

【０００８】しかし、ヒートパイプやグラファイトシー
ト等の部材はそれ自体は熱伝導率が高いが、堅い材質か
らなるため発熱体や放熱体と密着して接合することが困
難であり、発熱体及び放熱体との接続部にはシリコーン
オイルコンパウンドやシリコーンゴムシート等の熱伝導
シートを使用しなければならず、結局これら接続部材間
で熱抵抗が発生し、発熱体からの熱を放熱体へと伝達す
る能力が激減してしまうという問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
鑑み、凹凸、反り及びうねり等のある面に対しても密着
して接合することができ、熱を離れた場所に伝達できる
優れた熱伝導性を有する熱伝導材を提供することを目的
とする。

【００１０】

【発明を解決するための手段】本発明１は、厚み方向に
貫通孔を有する基材の前記貫通孔に高熱伝導材料を充填
されてなる熱伝導材であって、前記高熱伝導材料は、電
解メッキ、無電解メッキ、コーティング、真空蒸着、物
理的蒸着及び化学的蒸着からなる群より選択される少な
くとも１つの方法によって前記貫通孔に充填されるもの
である熱伝導材である。

【００１１】本発明２は、２枚の基材と高熱伝導材料か
らなる熱伝導層とにより構成される熱伝導材であって、
前記２枚の基材は、少なくとも１枚が厚み方向に貫通孔
を有するものであり、前記熱伝導層は、電解メッキ、無
電解メッキ、コーティング、真空蒸着、物理的蒸着及び
化学的蒸着からなる群より選択される少なくとも１つの
方法によって、前記高熱伝導材料が前記貫通孔に充填さ
れつつ、前記２枚の基材間に形成されたものである熱伝
導材である。以下に本発明を詳述する。

【００１２】本発明１の熱伝導材は、厚み方向に貫通孔
を有する基材の貫通孔に高熱伝導材料を充填されてなる
ものである。上記基材としては特に限定されないが、発
熱体及び放熱体と密着性するうえで界面追従性が求めら
れることから、高分子材料、又は、熱伝導性充填材を充
填した高分子材料からなることが好ましい。

【００１３】上記高分子材料としては柔軟性を有するも
のであれば特に限定されず、例えば、シリコーン系樹
脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリアミド系樹
脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、二重結
合を有するモノマーを単独重合又は共重合させてなるア
クリル系樹脂、スチレン系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、ア
クリロニリル系樹脂、オレフィン系樹脂、及び、天然又
は合成ゴム系樹脂等が挙げられる。これらは単独で用い
られてもよく、２種以上が併用されてもよい。

【００１４】上記熱伝導性充填材としては特に限定され
ず、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸
化ベリリウム、酸化チタン、酸化インジウムすず（ＩＴ
Ｏ）等の酸化物類；窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化アル
ミニウム等の窒化物類；炭化ケイ素等の炭化物類；銅、
銀、鉄、アルミニウム、ニッケル、チタン等の金属充填
材；各種合金充填材；ダイヤモンド、カーボン等の炭素
系充填材；石英、石英ガラス等のシリカ粉類等が挙げら
れる。

【００１５】上記基材は、厚み方向に貫通孔を有するも
のである。上記貫通孔の直径は０．００１〜５．０ｍｍ
が好ましい。０．００１ｍｍ未満であると、高熱伝導材
料を貫通孔に充填しにくく、熱伝導性を確保し難くな
る。５．０ｍｍを超えると、貫通孔の全部に高熱伝導材
料を充填する場合には、充填を完了するまでに多くの時
間を要すことに加えて、発熱体及び放熱体に対する貫通
孔１つ当たりの高熱伝導材料の接触面積が増加すること
及び高熱伝導材料が堅いことから界面追従性が低下する
ことがあり、貫通孔の一部に高熱伝導材料を充填する場
合には、基材の単位体積当たりの空隙率が増えるために
熱伝導性が低下することがある。より好ましくは０．０
０５〜５．０ｍｍである。

【００１６】上記高熱伝導材料としては特に限定され
ず、例えば、熱伝導性充填材として例示された材料等が
挙げられる。上記高熱伝導材料は、電解メッキ、無電解
メッキ、コーティング、真空蒸着、物理的蒸着及び化学
的蒸着からなる群より選択される少なくとも１つの方法
によって貫通孔に充填されるものである。

【００１７】上記の電解メッキ、無電解メッキ、コーテ
ィング、真空蒸着、物理的蒸着及び化学的蒸着の各方法
としてはそれぞれ特に限定されず、従来公知の方法を使
用でき、例えば、コーティングの方法としては、高熱伝
導材料の微紛を単独で又はバインダーに混合したペース
トとして塗布する方法等、物理的蒸着の方法としては、
イオンプレーティング法やイオンスパッタリング法等、
化学的蒸着の方法としてはプラズマＣＶＤ法等が挙げら
れる。

【００１８】上記高熱伝導材料の熱伝導材に対する総充
填量は特に限定はされないが、熱伝導材全体に対して
０．５〜６０体積％が好ましい。０．５体積％未満であ
ると、充分な熱伝導性が得られないことがあり、６０体
積％を超えると、発熱体や放熱体に対する界面追従性が
悪化して熱伝導性が悪化することがある。

【００１９】本発明１の熱伝導材の形状としては特に限
定されず、例えば、ブロック形状や円柱形状等が挙げら
れるが、特にシート状であることが好ましい。

【００２０】本発明１の熱伝導材の製造方法としては特
に限定されないが、例えば、少なくとも、高分子材料又
は熱伝導性充填材を含有する高分子材料をシート化する
工程、シート化された上記高分子材料又は熱伝導性充填
材を含有する高分子材料に厚み方向の貫通孔を形成する
工程、並びに、電解メッキ、無電解メッキ、コーティン
グ、真空蒸着、物理的蒸着及び化学的蒸着からなる群よ
り選択される少なくとも１つの方法によって貫通孔に高
熱伝導材料を充填する工程からなることが好ましい。

【００２１】本発明２の熱伝導材は、２枚の基材と高熱
伝導材料からなる熱伝導層とにより構成されるものであ
る。上記２枚の基材は、本発明１の熱伝導材に用いられ
る基材と同様の材質からなるものであって、熱伝導層を
介在して積層されており、２枚の基材のうち少なくとも
１枚は、本発明１の熱伝導材に用いられる基材と同様に
厚み方向に貫通孔を有するものである。

【００２２】上記熱伝導層としては特に限定されず、例
えば、本発明１の熱伝導材に用いられる高熱伝導材料等
からなるものが挙げられる。上記熱伝導層は、本発明１
の熱伝導材に用いられる高熱伝導材料が充填される方法
と同様の方法によって、高熱伝導材料が貫通孔に充填さ
れつつ、２枚の基材間に形成されたものである。

【００２３】上記熱伝導層としては特に限定されない
が、その厚さは０．００１ｍｍ〜１．０ｍｍであること
が好ましい。０．００１ｍｍ未満であると、２枚の基材
間の隅々にまで熱伝導層を充填することができないこと
があり、１．０ｍｍを超えると、熱伝導層を充填するの
に必要な高熱伝導材料の量が増えるのでコストがかかる
ことに加え、充填が完了するまでの時間が長くなるとい
った問題が生じる。

【００２４】また、本発明２の熱伝導材の製造方法とし
ては特に限定されないが、例えば、少なくとも、高分子
材料又は熱伝導性充填材を含有する高分子材料をシート
化する工程、シート化された高分子材料又は熱伝導性充
填材を含有する高分子材料に厚み方向の貫通孔を形成す
る工程、少なくとも１枚は厚み方向に貫通孔を有するも
のである２枚の基材を２枚の基材間に空隙を設けて積層
する工程、並びに、電解メッキ、無電解メッキ、コーテ
ィング、真空蒸着、物理的蒸着及び化学的蒸着からなる
群より選択される少なくとも１つの方法によって空隙及
び貫通孔に高熱伝導材料を充填する工程からなることが
好ましい。

【００２５】本発明１の熱伝導材は、基材の厚み方向に
貫通孔を設け、貫通孔内に高熱伝導材料を電解メッキ等
の方法により充填することで容易に得られ、基材の材質
として用いられる高分子材料等の密着性を損なうことな
く、厚み方向に対して高い熱伝導性を有する。これを用
いることで、発熱体と放熱体間でロスの少ない熱伝達経
路を提供することができる。また、本発明２の熱伝導材
は、少なくとも１枚は厚み方向に貫通孔を有するもので
ある２枚の基材を用いて、２枚の基材間に空隙を設けて
積層し、空隙及び貫通孔内に高熱伝導材料を電解メッキ
等の方法により形成することで容易に得られ、基材の材
質として用いられる高分子材料等の密着性を損なうこと
なく、高熱伝導材料が形成された空隙及び貫通孔を通じ
て高い熱伝導性を有する。これを用いることで、発熱体
と放熱体とを近接して設置できない場合であっても、発
熱体と放熱体間でロスの少ない熱伝達経路を提供するこ
とができる。

【００２６】

【実施例】以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。

【００２７】（実施例１）アクリル酸２−エチルヘキシ
ル重合体（以下、２ＥＨＡともいう）と、窒化ホウ素
（電気化学工業社製、デンカボロンナイトライドＳＧ
Ｐ）とを２ＥＨＡ：窒化ホウ素＝６０体積％：４０体積
％となるように配合した配合物を作製した。図１（ａ）
に示したように、この配合物を保護用のポリエチレンテ
レフタレート（以下、ＰＥＴともいう）フィルム上に１
００μｍの厚さとなるよう塗工して基材を形成した。次
いで、図１（ｂ）に示したように、この基材の上に保護
用のＰＥＴフィルムをラミネートし、更に、図１（ｃ）
に示したように、この基材の全面にレーザーにて孔中心
間距離２００μｍとなるように孔径５０μｍの貫通孔を
開け、両面をＰＥＴで保護された貫通孔を有する基材を
得た。更に、図１（ｄ）に示したように、基材の貫通孔
に、無電解メッキにて銅を充填し、サンプルを得た。

【００２８】（実施例２）配合物の配合を２ＥＨＡ１０
０体積％とし窒化ホウ素を配合しなかったこと以外は、
実施例１と同様にしてサンプルを得た。

【００２９】（実施例３）配合物の配合を２ＥＨＡ：窒
化ホウ素：炭化ケイ素（屋久島電工社製、ＧＣ−８００
Ｓ）＝４０体積％：４０体積％：２０体積％としたこと
以外は、実施例１と同様にしてサンプルを得た。

【００３０】（比較例１）２ＥＨＡ：窒化ホウ素＝６０
体積％：４０体積％となるように配合した配合物を、プ
ラストミルで混練後、厚み２ｍｍの型枠内に流し込み、
１００℃で熱プレスを行い、シート平面方向に窒化ホウ
素が配向した厚さ２ｍｍのシートを得た。更に、図２に
示したように、このシートを５枚重ねて、重ねた方向と
垂直方向にスライサーにて切断し、厚さ１００μｍのサ
ンプルを得た。

【００３１】（比較例２）２ＥＨＡ：窒化ホウ素：炭化
ケイ素＝４０体積％：４０体積％：２０体積％となるよ
うに配合した配合物をＰＥＴフィルム上に１００μｍの
厚みになるよう塗工し、サンプルを得た。

【００３２】［評価（熱抵抗の測定）］図３に示したよ
うに、実施例１〜３及び比較例１、２で得られたサンプ
ルから保護用ＰＥＴフィルムを剥がし、得られた熱伝導
材をアルミニウム製の冷却器の上に載せ、熱伝導材の上
に１０ｍｍ×２０ｍｍ×高さ１０ｍｍのヒーターを載
せ、更に、ヒーター上に１００Ｎの荷重を負荷させるこ
とにより、熱伝導材をヒーターと冷却器との間に挟着し
た。室温２３℃において、冷却器内部に恒温水槽から２
３℃の水を循環供給し、ヒーターに８０Ｗの電力を印加
した後、５分後のヒーターの温度（Ｔ１）と冷却器のシ
ート接触面近傍温度（Ｔ２）を測定し、その測定結果か
ら熱抵抗値を下記式（１）により求めた。結果を表１に
示した。 熱抵抗値（℃／Ｗ）＝（Ｔ１−Ｔ２）／（ヒーターへの供給電力） （１）

【００３３】

【表１】

【００３４】（実施例４）２ＥＨＡと窒化ホウ素とを２
ＥＨＡ：窒化ホウ素＝６０体積％：４０体積％となるよ
うに配合した配合物を作製した。この配合物を保護用の
ＰＥＴフィルム上に１００μｍの厚さとなるよう塗工し
て図４（ａ）に示したような基材を形成した。次いで、
図４（ｂ）に示したように、この基材の上に保護用のＰ
ＥＴフィルムをラミネートし、基材の両面がＰＥＴで保
護された状態とした。この両面がＰＥＴで保護された基
材を２０ｍｍ×６０ｍｍに切断し、図４（ｃ）に示した
ように、基材の長辺の両端部から２０ｍｍの領域全体
に、レーザーにて孔中心間距離２００μｍとなるように
孔径５０μｍの貫通孔を開け、両面をＰＥＴで保護され
た貫通孔を有する基材１を得た。また、２ＥＨＡを保護
用のＰＥＴフィルム上に１００μｍの厚さとなるように
塗工し、この上に保護用のＰＥＴフィルムをラミネート
したものを２０ｍｍ×６０ｍｍに切断して、両面をＰＥ
Ｔで保護された基材２を得た。

【００３５】基材１のＰＥＴフィルムを片面剥がし、図
４（ｄ）に示したように、基材のＰＥＴフィルムを剥が
した面の４隅、長辺の中央端部及び中央部に２ｍｍ×２
ｍｍに切断した厚さ５０μｍのＰＥＴフィルムを置き、
更に、図４（ｅ）に示したように、基材２のＰＥＴフィ
ルムを片面剥がし、お互いのＰＥＴフィルムを剥がした
面同士が突き合わせになるように基材１と基材２を重ね
合わせた。この基材の貫通孔及び重ね合わせた２枚の基
材の間隙に、無電解メッキにより銅を充填し、図４
（ｆ）に示したようなサンプルを得た。

【００３６】（実施例５）基材２を、２ＥＨＡ：窒化ホ
ウ素＝６０体積％：４０体積％となるよう配合した配合
物を用いて作製したこと以外は実施例４と同様にしてサ
ンプルを得た。

【００３７】（比較例３）厚さ１００μｍの銅板を２０
ｍｍ×６０ｍｍに切り出しサンプルとした。

【００３８】（比較例４）厚さ１００μｍの銅板を２０
ｍｍ×６０ｍｍに切り出し、図５に示したように長辺の
両端部から２０ｍｍの部分にシリコーンゴムシート（富
士高分子社製、ＧＴＲ、厚さ１５０μｍ）を貼付し、サ
ンプルとした。

【００３９】［評価（熱抵抗の測定）］図６に示したよ
うに、断熱材の上に１０ｍｍ×２０ｍｍ×高さ１０ｍｍ
のヒーターを載せ、その上にＰＥＴフィルムを剥がした
サンプルの端部２０ｍｍの部分を載せて１００Ｎの荷重
を負荷させた。また、アルミニウム製の冷却器の上に、
もう一方の端部２０ｍｍの部分を載せて、１００Ｎの荷
重を負荷させた。室温２３℃において、冷却器内部に恒
温水槽から２３℃の水を循環供給しておき、ヒーターに
３０Ｗの電力を印加した後、５分後のヒーターの温度
（Ｔ１）と冷却器のシート接触面近傍温度（Ｔ２）を測
定し、その測定結果から熱抵抗値を下記式（２）で求め
た。結果を表２に示した。 熱抵抗値（℃／Ｗ）＝（Ｔ１−Ｔ２）／（ヒーターへの供給電力） （２）

【００４０】

【表２】

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、凹凸、反り及びうねり
等のある面に対しても密着して接合することができ、熱
を離れた場所に伝達できる優れた熱伝導性を有する熱伝
導材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１〜３において本発明１に係る熱伝導材
を作製した方法を示す模式図である。

【図２】比較例１における熱伝導材の作製方法を示す模
式図である。

【図３】実施例１〜３で得られた熱伝導材及び比較例
１、２で得られた熱伝導材の熱抵抗の測定に用いた測定
装置を示す模式図である。

【図４】実施例４、５において本発明２に係る熱伝導材
を作製した方法を示す模式図である。

【図５】比較例４における熱伝導材の作製方法を示す模
式図である。

【図６】実施例４、５で得られた熱伝導材及び比較例
３、４で得られた熱伝導材の熱抵抗の測定に用いた測定
装置を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 基材 ２ ＰＥＴフィルム ３ 貫通孔 ４ 銅メッキされた貫通孔 ５ スライス刃 ６ シート ７ 比較例１で得られた熱伝導材 ８ 熱伝導材 ９ ヒーター １０ 冷却器 １１ ＰＥＴフィルムスペーサー １２ 基材１ １３ 基材１と基材２との間の空隙 １４ 基材２ １５ 銅メッキされた基材１と基材２との間の空隙 １６ 本発明２の熱伝導材 １７ 銅板 １８ シリコーンゴムシート １９ 断熱材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J002 AC001 BB001 BC021 BF001 BG011 BG091 CD001 CF001 CH001 CK021 CL001 CP001 DA036 DA076 DA086 DA096 DA116 DE076 DE096 DE146 DF016 DJ006 DJ016 DK006 FD016 GM00 5E322 FA04

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚み方向に貫通孔を有する基材の前記貫
   通孔に高熱伝導材料を充填されてなる熱伝導材であっ
   て、前記高熱伝導材料は、電解メッキ、無電解メッキ、
   コーティング、真空蒸着、物理的蒸着及び化学的蒸着か
   らなる群より選択される少なくとも１つの方法によって
   前記貫通孔に充填されるものであることを特徴とする熱
   伝導材。
2. 【請求項２】 ２枚の基材と高熱伝導材料からなる熱伝
   導層とにより構成される熱伝導材であって、前記２枚の
   基材は、少なくとも１枚が厚み方向に貫通孔を有するも
   のであり、前記熱伝導層は、電解メッキ、無電解メッ
   キ、コーティング、真空蒸着、物理的蒸着及び化学的蒸
   着からなる群より選択される少なくとも１つの方法によ
   って、前記高熱伝導材料が前記貫通孔に充填されつつ、
   前記２枚の基材間に形成されたものであることを特徴と
   する熱伝導材。
3. 【請求項３】 基材は、高分子材料、又は、熱伝導性充
   填材を含有する高分子材料からなることを特徴とする請
   求項１又は２記載の熱伝導材。
4. 【請求項４】 シート状であることを特徴とする請求項
   １、２又は３記載の熱伝導材。
5. 【請求項５】 請求項１、３又は４記載の熱伝導材の製
   造方法であって、少なくとも、高分子材料又は熱伝導性
   充填材を含有する高分子材料をシート化する工程、シー
   ト化された前記高分子材料又は熱伝導性充填材を含有す
   る高分子材料に厚み方向の貫通孔を形成する工程、並び
   に、電解メッキ、無電解メッキ、コーティング、真空蒸
   着、物理的蒸着及び化学的蒸着からなる群より選択され
   る少なくとも１つの方法によって前記貫通孔に高熱伝導
   材料を充填する工程からなることを特徴とする熱伝導材
   の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項２、３又は４記載の熱伝導材の製
   造方法であって、少なくとも、高分子材料又は熱伝導性
   充填材を含有する高分子材料をシート化する工程、シー
   ト化された前記高分子材料又は熱伝導性充填材を含有す
   る高分子材料に厚み方向の貫通孔を形成する工程、少な
   くとも１枚は厚み方向に貫通孔を有するものである２枚
   の基材を前記２枚の基材間に空隙を設けて積層する工
   程、並びに、電解メッキ、無電解メッキ、コーティン
   グ、真空蒸着、物理的蒸着及び化学的蒸着からなる群よ
   り選択される少なくとも１つの方法によって前記空隙及
   び前記貫通孔に高熱伝導材料を充填する工程からなるこ
   とを特徴とする熱伝導材の製造方法。