JP2000091453A - 放熱用シート材料およびその製造方法並びにそれを用いた放熱器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 限定された放熱用空間に応じた寸法形状に作
成でき、かつ、効果的に放熱を行うことができる放熱用
シート材料およびその製造方法並びにそれを用いた放熱
器を提供する。 【解決手段】 放熱用シート材料は、接着材を介して複
数枚の膨張黒鉛シートを相互に積層し、該積層された膨
張黒鉛シートを加圧して高温加熱することにより接着材
を炭化させることらより作成される。放熱器は、放熱用
シート材料を切断または型抜きすることにより形成され
た放熱シート部により構成され、該放熱シート部は放熱
すべき発熱体の寸法形状および／または放熱器用空間に
対応した寸法形状を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器、より具
体的にはコンピュータのＣＰＵやパワートランジスタ等
における放熱を行うための放熱用シート材料、その製造
方法、並びにそれを用いた放熱器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータの普及は
著しく、特にラップトップ型パーソナルコンピュータは
そのコンパクト性や可搬性等の利便性によってパーソナ
ルコンピュータの主流になりつつある。このため、より
高性能でかつ種々のユニットをより高い集積度で組み込
まれたモデルが次々と開発され、販売されている。

【０００３】一方、電子機器において、放熱は電子素子
の熱暴走を避けるために必須の要件である。これに対
し、種々のユニットをより高い集積度で組み込んでいる
ために放熱器用の空間を確保することが困難になってお
り、外面に放熱フィンを備えた周知のアルミニウム合金
製の放熱器では対応しきれなくなっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、限定
された放熱用空間に応じた寸法形状に作成でき、かつ、
効果的に放熱を行うことができる放熱用シート材料およ
びその製造方法並びにそれを用いた放熱器を提供するこ
とにある。

【０００５】本発明の別の目的は、膨張黒鉛シートが有
する良好な熱伝導特性を損なうことなく作成できる放熱
用シート材料およびその製造方法並びにそれを用いた放
熱器を提供することにある。

【０００６】本発明のまた別の目的は、発熱体からの熱
の分散および／または熱の放出を効果的に行わせ、それ
により電子機器の内部に蓄熱されてしまうのを回避でき
る放熱器を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明において用いられ
る膨張黒鉛シートは、グラファイトシートやカーボンシ
ートと称されている汎用のシート材料で、膨張黒鉛を加
熱して高温加熱することによってシート状に成形された
ものである。膨張黒鉛シートは層状結晶構造を有してお
り、面方向において、周知の放熱器に用いられるアルミ
ニウム合金に匹敵する大きな熱伝導率を有する一方、厚
さ方向における熱伝導率は面方向の約１／３０という熱
伝導特性を有するものである。汎用製品としての膨張黒
鉛シートは、その製造時における歩留まりのために、板
厚０.５〜１.０mm程度の相対的に薄厚のものが主流とな
っておりかつ安価に販売されている。それ故、本発明で
用いられる膨張黒鉛シートは容易にかつ安価に入手でき
るこのような厚さの膨張黒鉛シートである。

【０００８】本発明による放熱用シート材料は、複数枚
の相互に積層された膨張黒鉛シートと、該積層された膨
張黒鉛シート間に介在された接着剤を炭化処理すること
により形成された炭化接着層とから構成される。本放熱
用シート材料は、炭化接着層により、積層された膨張黒
鉛シート間における良好な熱伝導を行わせることがで
き、そして、膨張黒鉛シートの積層体により構成されて
いることにより、コンピュータのＣＰＵやパワートラン
ジスタ等のような発熱体からの熱を放熱するのに十分な
能力を備えることができ、かつ、汎用の膨張黒鉛シート
によって安価に作成することができる。

【０００９】本発明による放熱用シート材料はまた、積
層された膨張黒鉛シート間に炭化接着層と共にカーボン
繊維を介在させてもよい。本放熱用シート材料は、カー
ボン繊維が介在されていることにより、強度や面方向に
おける寸法安定性等を向上させることができる。

【００１０】次に、本発明による放熱用シート材料の製
造方法は、接着剤を介して複数枚の膨張黒鉛シートを相
互に積層し、次いで、積層された膨張黒鉛シートを高温
加熱することで接着剤を炭化させて炭化接着層を作成す
ることにより遂行される。これにより、膨張黒鉛シート
は炭化接着層により相互に結合されて一体化すると共
に、膨張黒鉛シート間における熱伝導を良好に遂行させ
ることができる。

【００１１】また、本発明による放熱用シート材料の製
造方法は、接着剤の炭化処理を加圧状態で行い、そし
て、炭化処理された膨張黒鉛シートを冷却させたのちに
この加圧状態を取り除いてもよい。これにより、接着剤
の炭化処理時に発生するガスや膨張黒鉛シート中の空気
の熱膨張等によって膨張黒鉛シートの寸法形状に歪みが
発生するのを防止することができる。

【００１２】更に、本発明による放熱用シート材料の製
造方法は、接着剤の炭化処理を非加圧状態で行うことも
できる。積層された膨張黒鉛シートに圧力を加えていな
い状態での炭化処理は、加圧状態に比べてその処理時間
を相対的に短縮でき、かつ、膨張黒鉛シートを押圧する
ための冶具等を必要としないため、冷却時間も短縮でき
る利点を有する。その反面、接着剤の炭化処理時の発生
ガスや膨張黒鉛シート中の空気の熱膨張等によって膨張
黒鉛シートの寸法形状に歪みが発生する虞を完全になく
すことはできない。そのため、炭化処理後に、膨張黒鉛
シートをプレス機やローラープレス等で圧縮することに
より膨張黒鉛シートの寸法形状の歪みを整形している。

【００１３】本発明による放熱器は、上述の如く構成ま
たは製造される放熱用シート材料を切断または型抜きす
ることにより形成された放熱シート部により構成され
る。放熱シート部は放熱すべき発熱体の寸法形状および
／または放熱器用空間に対応した寸法形状を有してい
る。本発明の放熱器は、膨張黒鉛シートの積層体を切断
または型抜きすることにより作成されるため、ＣＰＵや
パワートランジスタ等の発熱体の放熱に十分な放熱能力
を備えることができ、更に、汎用の膨張黒鉛シートを用
いることによって安価に作成できるだけでなく、発熱体
の寸法形状および／または放熱器用空間に応じた寸法形
状に適宜に形成することができる。

【００１４】また、本発明による放熱器は、放熱シート
部に、熱伝導性の良好な金属材料により形成された少な
くとも１本の柱状または管状の放熱柱状部を備え、そし
て、少なくとも積層された膨張黒鉛シートの各々に接合
するように放熱柱状部を埋設させてもよい。これによ
り、面方向に対して相対的に熱伝導率の低い厚さ方向に
おける膨張黒鉛シートの熱伝導を放熱柱状部を介して行
うことができ、より効果的な放熱を行うことができる。

【００１５】更に、本発明による放熱器は、放熱柱状部
の少なくとも一端を放熱シート部から外方に突出するよ
うに放熱柱状部を立柱させてもよく、これにより、放熱
フィンとしての機能を遂行させることができる。また、
この放熱柱状部はその表面をローレット加工、腐食処理
またはその他の適当な手段によって粗面化し、そして、
この粗面化された表面に黒鉛またはカーボンの粉末或い
は膨張黒鉛シートからなる熱伝導層を付着してもよく、
これにより、放熱柱状部と各膨張黒鉛シートの間の熱伝
導を確実に遂行させることができる。

【００１６】更に、本発明による放熱器は、放熱される
べき発熱体の発熱中心位置に対応した位置および／また
は外部への放熱位置の近傍に放熱柱状部を配設すること
もできる。発熱体からの熱はその発熱中心位置でただち
に各膨張黒鉛シートへ伝導される一方、外部への放熱位
置で各膨張黒鉛シートへ伝導されることにより、より効
率の良い放熱を行うことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施例による放熱用シー
ト材料は、図１に示すように、複数枚の相互に積層され
た膨張黒鉛シート１と、積層された膨張黒鉛シート１間
に介在される炭化接着層２とから構成される。

【００１８】膨張黒鉛シート１には、前述した安価な汎
用製品としての薄厚の膨張黒鉛シートを用いている。積
層する膨張黒鉛シート１の枚数は、コンピュータのＣＰ
Ｕやパワートランジスタ等のような発熱体Ｍ（図６〜７
参照）からの熱を放熱するのに十分な能力を備えるよう
に適宜に選定される。

【００１９】膨張黒鉛シート１間に設けられる炭化接着
層２は接着剤を炭化処理することにより形成される。よ
り具体的には、炭化接着層２は、エポキシ系、ポリエス
テル系、アクリル系またはゴム系接着剤を膨張黒鉛シー
ト１に塗布し、高温加熱処理して接着剤を炭化させるこ
とによって形成される。この接着剤の塗布は、炭化処理
後の厚さが均一となるように、膨張黒鉛シート１の表面
に均等に塗布するのが好ましい。

【００２０】本実施例の放熱用シート材料は、炭化接着
層２が接着剤を炭化処理したものであることにより、膨
張黒鉛シート１間が機械的にも熱的にも連続され、熱伝
導を効率良く行うことができる。また、膨張黒鉛シート
１に汎用の安価な膨張黒鉛シートの積層体により構成さ
れているため、放熱用シート材料の製造コストを低減す
ることができ、かつ、要求される放熱能力に応じていか
なる厚さをも有する放熱用シート材料に作成することが
できる。

【００２１】図２は、本発明の別の実施例による放熱用
シート材料を示す図で、前述した積層された膨張黒鉛シ
ート１間に炭化処理された炭化接着層２と共にカーボン
繊維３が介在されている点を除き、前記実施例と同様に
構成される。カーボン繊維３は良好な熱伝導手段として
機能すると共に、放熱用シート材料の面方向における強
度および寸法安定性を向上させている。

【００２２】次に、本発明の実施例による放熱用シート
材料の製造方法について以下説明する。

【００２３】図３に示すように、複数枚の汎用の膨張黒
鉛シート１を、その相互に対面することになる面の少な
くとも一方に接着剤２ａを塗布したのち、相互に積層す
る。このとき、図２に示す実施例の放熱用シート材料を
製造する場合、接着剤２ａを塗布したのちおよび／また
は塗布する前にカーボン繊維３を配置し、膨張黒鉛シー
ト１を相互に積層する。接着剤２ａにはエポキシ系、ポ
リエステル系、アクリル系またはゴム系接着剤が使用さ
れる。

【００２４】次いで、図４に示すように、積層された膨
張黒鉛シート１の面方向に所定の圧力を加え、所定の温
度で所定時間だけ加熱することにより、接着剤２ａを炭
化させて炭化接着層２を作成する。この炭化のための処
理条件は、主として接着剤２ａの材質および塗布量によ
って決定される。

【００２５】炭化処理が行われたのち、積層された膨張
黒鉛シート１に加えられている圧力は、積層された膨張
黒鉛シート１が冷却するまで保持されるのが好ましい。
この冷却は、炭化処理中に生じる接着剤２ａからのガス
および／または膨張黒鉛シート１の層状結晶構造中にあ
る空気の熱膨張によって膨張黒鉛シート１および／また
は炭化接着層２が変形するのを防止できる。

【００２６】ここにおいて、接着剤２ａの炭化処理は、
膨張黒鉛シート１を加圧することなしに加熱処理するこ
とにより行うこともできる。非加圧状態で炭化処理を行
うことは、膨張黒鉛シート１および／または炭化接着層
２の変形を防止することができない反面、炭化処理時間
を相対的に短縮でき、加圧装置と加熱装置を併設するこ
とによる装置の複雑化およびそれによる装置価格の高騰
を回避できる。このため、膨張黒鉛シート１および／ま
たは炭化接着層２の変形は、工程の増加を伴うが、炭化
処理後に、積層された膨張黒鉛シートをプレス機やロー
ラープレス等で圧縮することにより整形される。

【００２７】図５は、本発明の実施例による放熱器を示
す図で、本放熱器は、図１または図２の実施例で述べた
放熱用シート材料（図示の場合、図１の実施例の放熱用
シート材料）を切断または型抜きすることにより形成さ
れた放熱シート部４により構成される。放熱シート部４
は放熱すべき発熱体Ｍの寸法形状および／または放熱器
用空間（図示なし）に対応した寸法形状を有している。
放熱シート部４が放熱用シート材料を切断または型抜き
することによって形成されるため、要求されるいかなる
寸法形状、例えば、発熱体Ｍの寸法形状や放熱器用空間
の寸法形状に随意に対応することができる。

【００２８】図６は、本発明の別の実施例による放熱器
を示す図で、本実施例の放熱器は、少なくとも１本の柱
状または管状の放熱柱状部５が放熱シート部４に設けら
れている点を除き、図５の実施例と同様に構成されてい
る。放熱柱状部５は熱伝導性の良好な金属材料により形
成されており、少なくとも積層された膨張黒鉛シート１
の各々に接合するように埋設されている。

【００２９】埋設された放熱柱状部５は、各膨張黒鉛シ
ート１に厚さ方向へ連続する熱伝導経路を付与すること
になり、これにより、面方向に対して相対的に熱伝導率
の低い厚さ方向における膨張黒鉛シート１の熱伝導を放
熱柱状部５を介して行うことができ、より効果的な放熱
が可能となる。

【００３０】好ましくは、放熱柱状部５は、図６に１点
鎖線で示すように、各膨張黒鉛シート１を貫通する孔に
その一端を埋設され、他端を放熱シート部４から外方へ
適当な高さまで突出するよう設けられる。放熱シート部
４から立柱した放熱柱状部５の部分は、外部へ放熱する
ための放熱フィンとして機能し、より効果的な放熱を行
うことができる。

【００３１】放熱シート部４上における放熱柱状部５の
配設位置は、均等に分布するように配置してもよいが、
放熱されるべき発熱体Ｍの発熱中心位置に対応した位置
および／または外部への放熱位置の近傍に配置するのが
好ましい。これにより、発熱体Ｍからの熱はその発熱中
心位置でただちに各膨張黒鉛シート１へ伝導され、膨張
黒鉛シート１の良好な面方向の熱伝導性によって発熱中
心から拡散される一方、外部への放熱位置で各膨張黒鉛
シート１へ伝導されることにより、より効率の良い放熱
を行うことができる。

【００３２】図７は、本発明の更に別の実施例による放
熱器を示す図で、本実施例の放熱器は、放熱柱状部５に
黒鉛またはカーボンの粉末或いは膨張黒鉛シートの熱伝
導層６が設けられている点を除き、図６の実施例と同様
に構成されている。

【００３３】熱伝導層６は、ローレット加工、腐食処理
またはその他の適当な手段によって粗面化された放熱柱
状部５の表面に付着される。放熱柱状部５の粗面化され
た表面は熱伝導層６との接触面積を大きくすることによ
り、熱伝導層６との間の機械的な付着力を大きくできる
と同時に、両者間をより大きな熱容量で伝導させること
ができる。この熱伝導層６の付着は、粗面化された放熱
柱状部５の表面との間の機械的な結合以外に、炭化接着
層２による膨張黒鉛シート１の結合と同様に、放熱柱状
部５の表面（必ずしも粗面化する必要はない。）に接着
剤を塗布し、その上にカーボンの粉末或いは膨張黒鉛シ
ートを接着させたのち、接着剤を炭化させることもでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による放熱用シート材料を示す
部分断面斜視図である。

【図２】本発明の別の実施例による放熱用シート材料を
示す部分断面斜視図である。

【図３】本発明の実施例による放熱用シート材料の製造
方法を説明するための模式的な断面図である。

【図４】本発明の実施例による放熱用シート材料の製造
方法を説明するための模式的な断面図である。

【図５】本発明の実施例による放熱器を示す部分断面斜
視図である。

【図６】本発明の別の実施例による放熱器を示す断面図
である。

【図７】本発明の更に別の実施例による放熱器を示す断
面図である。

【符号の説明】

１ 膨張黒鉛シート ２ 炭化接着層 ３ カーボン繊維 ４ 放熱シート部 ５ 放熱柱状部 ６ 熱伝導層 Ｍ 発熱体

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数枚の相互に積層された膨張黒鉛シー
   トと、該積層された膨張黒鉛シート間に介在された接着
   剤を炭化処理することにより形成された炭化接着層とか
   ら構成されることを特徴とする放熱用シート材料。
2. 【請求項２】 前記膨張黒鉛シート間には炭化接着層と
   共にカーボン繊維が介在されていることを特徴とする請
   求項１記載の放熱用シート材料。
3. 【請求項３】 接着剤を介して複数枚の膨張黒鉛シート
   を相互に積層し、該積層された膨張黒鉛シートを高温加
   熱することにより前記接着剤を炭化させて炭化接着層を
   作成することを特徴とする放熱用シート材料の製造方
   法。
4. 【請求項４】 前記接着剤の炭化処理は積層された膨張
   黒鉛シートを所定の圧力で加圧した状態で行われ、該加
   圧圧力は炭化処理の行われた膨張黒鉛シートが冷却した
   のちに取り除かれることを特徴とする請求項３記載の放
   熱用シート材料の製造方法。
5. 【請求項５】 前記接着剤の炭化処理は非加圧状態で行
   われ、炭化処理の行われた膨張黒鉛シートは所定の圧力
   で加圧して所定の寸法形状に整形されることを特徴とす
   る請求項３記載の放熱用シート材料の製造方法。
6. 【請求項６】 前記膨張黒鉛シートは接着剤と共にカー
   ボン繊維を介在させて相互に積層されることを特徴とす
   る請求項３、４または５記載の放熱用シート材料の製造
   方法。
7. 【請求項７】 請求項１または２記載の放熱用シート材
   料或いは請求項３〜６のいずれか一項に記載の方法によ
   り製造された放熱用シート材料を切断または型抜きする
   ことにより形成された放熱シート部により構成され、該
   放熱シート部は放熱すべき発熱体の寸法形状および／ま
   たは放熱器用空間に対応した寸法形状を有することを特
   徴とする放熱器。
8. 【請求項８】 前記放熱シート部は熱伝導性の良好な金
   属材料により形成された少なくとも１本の柱状または管
   状の放熱柱状部を備えており、該放熱柱状部は少なくと
   も積層された膨張黒鉛シートの各々に接合するように埋
   設されていることを特徴とする請求項７記載の放熱器。
9. 【請求項９】 前記放熱柱状部はその少なくとも一端が
   放熱シート部から外方に突出するように立柱されている
   ことを特徴とする請求項８記載の放熱器。
10. 【請求項１０】 前記放熱柱状部の表面はローレット加
    工、腐食処理またはその他の適当な手段によって粗面化
    されており、該粗面化された表面には黒鉛またはカーボ
    ンの粉末或いは膨張黒鉛シートからなる熱伝導層が付着
    されていることを特徴とする請求項８または９記載の放
    熱器。
11. 【請求項１１】 前記放熱柱状部は放熱されるべき発熱
    体の発熱中心位置に対応した位置および／または外部へ
    の放熱位置の近傍に配設されていることを特徴とする請
    求項８、９または１０記載の放熱器。