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JP2019140311A - High heat dissipation lightweight heat sink - Google Patents

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JP2019140311A
JP2019140311A JP2018024059A JP2018024059A JP2019140311A JP 2019140311 A JP2019140311 A JP 2019140311A JP 2018024059 A JP2018024059 A JP 2018024059A JP 2018024059 A JP2018024059 A JP 2018024059A JP 2019140311 A JP2019140311 A JP 2019140311A
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JP
Japan
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graphite plate
heat sink
heat
resin
graphite
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Application number
JP2018024059A
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Japanese (ja)
Inventor
涼 桑原
Ryo Kuwabara
涼 桑原
西木 直巳
Naomi Nishiki
直巳 西木
浩二 吉岡
Koji Yoshioka
浩二 吉岡
将人 森
Masahito Mori
将人 森
剛史 西川
Takashi Nishikawa
剛史 西川
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP2018024059A priority Critical patent/JP2019140311A/en
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Abstract

【課題】強度を確保しつつ、高放熱で軽量なヒートシンクを提供する。【解決手段】ヒートシンクは、複数枚積層された高分子フィルムを印加圧力と焼成とによりグラファイト化されたグラファイトプレートを用いたヒートシンクであって、第1のグラファイトプレートで構成されたフィン部と、樹脂に第2のグラファイトプレートが内蔵されたベース部と、を備え、第1のグラファイトプレートと第2のグラファイトプレートとが接触している。【選択図】図2Provided is a heat sink with high heat dissipation and light weight while ensuring strength. A heat sink is a heat sink using a graphite plate obtained by graphitizing a polymer film in which a plurality of laminated polymer films are laminated by applying pressure and baking. And a base portion in which the second graphite plate is incorporated, and the first graphite plate and the second graphite plate are in contact with each other. [Selection] Figure 2

Description

本発明は、電子装置等の熱源から放出される熱を管理することができるヒートシンクに関する。   The present invention relates to a heat sink capable of managing heat emitted from a heat source such as an electronic device.

電子装置、マイクロプロセッサーや電子および電気部品は、高い処理速度および高周波数で作動する能力があり、小型で、より複雑な電力条件を有する。また、装置の集積回路等の他の技術的に進化した装置、さらに高出力光学装置等の他の装置を含む電子装置の開発は、益々高度になっている。これらの装置等では、極端に高い温度が発生することがある。   Electronic devices, microprocessors and electronic and electrical components are capable of operating at high processing speeds and high frequencies, are small and have more complex power requirements. Also, the development of electronic devices, including other technologically advanced devices such as integrated circuits of devices, and other devices such as high power optical devices, is becoming increasingly sophisticated. In these devices, extremely high temperatures may occur.

しかしながら、マイクロプロセッサー、集積回路、その他の高性能な電子部品は、特定範囲の閾値温度下でのみ効率的に動作するのが一般的である。電子部品の動作中に発生する過剰の熱は、その固有性能に有害であるのみならず、システム全体の性能や信頼性が損なわれ、システムの故障を引き起こす場合もある。電子システムの稼働によって予期される極端な温度を含む環境条件の幅が益々広くなることも、過剰熱による悪影響を助長するものである。   However, microprocessors, integrated circuits, and other high-performance electronic components typically operate efficiently only under a specific range of threshold temperatures. Excessive heat generated during operation of electronic components is not only detrimental to its inherent performance, but it can also impair the performance and reliability of the entire system and cause system failure. The increasing range of environmental conditions, including extreme temperatures expected by the operation of electronic systems, also contributes to the negative effects of excessive heat.

小型電子装置から熱を放散させる必要性が高まるに従い、電子製品の設計においては管理が益々重要な要素になっている。電子装置の性能信頼性および期待される寿命の両方が、装置の部品温度に逆比例する。例えば、典型的なシリコン半導体等のデバイスの動作温度を下げることにより、デバイスの処理速度、信頼性および期待される寿命を増加させることができる。従って、最大限の部品寿命や信頼性を得るために最も重要なことは、デバイスの動作温度を、設計者により設定される限度内に制御することである。   As the need for heat dissipation from small electronic devices increases, management becomes an increasingly important factor in the design of electronic products. Both the performance reliability and expected lifetime of the electronic device are inversely proportional to the component temperature of the device. For example, by reducing the operating temperature of a device such as a typical silicon semiconductor, the device processing speed, reliability, and expected lifetime can be increased. Therefore, the most important thing to obtain maximum component life and reliability is to control the device operating temperature within the limits set by the designer.

こういった熱管理に優れた材料として注目されているのが、グラファイトに代表されるカーボン材である。グラファイトは、一般的な高熱伝導材料であるアルミニウムや銅と同等の熱伝導率を備え、なおかつ銅よりも優れた熱輸送特性を備えていることから、LSIチップのヒートスプレッダ、半導体パワーモジュールのヒートシンクなどに用いられる放熱フィン用の材料として注目されている。   A carbon material represented by graphite is attracting attention as a material excellent in such heat management. Graphite has the same thermal conductivity as aluminum and copper, which are common high thermal conductivity materials, and also has better heat transport properties than copper, so heat spreaders for LSI chips, heat sinks for semiconductor power modules, etc. Has attracted attention as a material for radiating fins.

従来のカーボン材を用いたヒートシンクでは、例えば、特許文献1に示すように、脆いカーボン粒子を圧縮固形化した上に金属フィルムによるコーティングを施すことで、グラファイトの剥離を防ぎ、かつ機械的強度を向上させたヒートシンクが提案されている。また、特許文献2に示すように、アスペクト比の高い鱗片状黒鉛を樹脂と混練することで、軽量化と熱伝導性とを両立したヒートシンクが提案されている。   In a heat sink using a conventional carbon material, for example, as shown in Patent Document 1, brittle carbon particles are compressed and solidified, and then coated with a metal film to prevent peeling of graphite and to increase mechanical strength. An improved heat sink has been proposed. Moreover, as shown in Patent Document 2, a heat sink that has both weight reduction and thermal conductivity has been proposed by kneading scaly graphite having a high aspect ratio with a resin.

特表2009−505850号公報Special table 2009-505850 WO2016−063540号公報WO2006-063540

しかしながら、特許文献1のヒートシンクでは、カーボン粒子の圧縮から作製されていることから、面方向に緻密なグラファイト構造が形成されていないため、熱輸送性能が低い。また、コーティング剤およびベース材が金属のため、ヒートシンク全体が重くなってしまう。一方、特許文献2に示すヒートシンクでは、樹脂との混練により軽量化が図れているが、鱗片状黒鉛ではLEDレベルである数十W程度の発熱にしか対応できない。   However, since the heat sink of Patent Document 1 is produced from the compression of carbon particles, a dense graphite structure is not formed in the plane direction, and thus the heat transport performance is low. Moreover, since the coating agent and the base material are metal, the entire heat sink becomes heavy. On the other hand, the heat sink shown in Patent Document 2 can be reduced in weight by kneading with a resin, but scaly graphite can only deal with heat generation of about several tens of watts, which is an LED level.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、数百Wレベルの発熱にも対応できる高放熱かつ軽量なヒートシンクの提供を目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a heat radiating and lightweight heat sink that can cope with heat generation of several hundreds of watts.

上記目的を達成するために、本発明に係るヒートシンクは、複数枚積層された高分子フィルムを印加圧力と焼成とによりグラファイト化されたグラファイトプレートを用いたヒートシンクであって、
第1のグラファイトプレートで構成されたフィン部と、
樹脂に第2のグラファイトプレートが内蔵されたベース部と、
を備え、
前記第1のグラファイトプレートと前記第2のグラファイトプレートとが接触していることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a heat sink according to the present invention is a heat sink using a graphite plate graphitized by applying pressure and baking a plurality of laminated polymer films,
A fin portion composed of a first graphite plate;
A base part in which a second graphite plate is built into the resin;
With
The first graphite plate and the second graphite plate are in contact with each other.

本発明に係るヒートシンクにより、数百Wレベルの発熱に対応可能な高放熱かつ軽量なヒートシンクを提供することができる。   With the heat sink according to the present invention, it is possible to provide a heat sink with high heat dissipation and light weight that can cope with heat generation of several hundreds of watts.

実施の形態1に係る高放熱軽量ヒートシンクの構成を示す概略図である。1 is a schematic view showing a configuration of a high heat dissipation light weight heat sink according to Embodiment 1. FIG. 図1における高放熱軽量ヒートシンクのA−B断面図である。It is AB sectional drawing of the high heat dissipation lightweight heat sink in FIG. グラファイトプレートのべーサル面とノンベーサル面とを示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the basal surface and non-basal surface of a graphite plate. 図1における第1のグラファイトプレート102および第2のグラファイトプレート104のそれぞれの加工状態を示す概略斜視図である。FIG. 2 is a schematic perspective view showing respective processing states of a first graphite plate 102 and a second graphite plate 104 in FIG. 1. 図1における第1のグラファイトプレート102および第2のグラファイトプレート104の接合状態を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic view showing a joining state of a first graphite plate 102 and a second graphite plate 104 in FIG. 1. 実施の形態と比較例における熱伝導性評価試験のTEG模式図である。It is a TEG schematic diagram of a thermal conductivity evaluation test in an embodiment and a comparative example.

第1の態様に係るヒートシンクは、複数枚積層された高分子フィルムを印加圧力と焼成とによりグラファイト化されたグラファイトプレートを用いたヒートシンクであって、
第1のグラファイトプレートで構成されたフィン部と、
樹脂に第2のグラファイトプレートが内蔵されたベース部と、
を備え、
前記第1のグラファイトプレートと前記第2のグラファイトプレートとが接触している。
The heat sink according to the first aspect is a heat sink using a graphite plate graphitized by applying pressure and baking a plurality of polymer films laminated,
A fin portion composed of a first graphite plate;
A base part in which a second graphite plate is built into the resin;
With
The first graphite plate and the second graphite plate are in contact with each other.

上記構成によって数百Wレベルの発熱にも対応できる高放熱かつ軽量なヒートシンクを提供することができる。   With the above configuration, it is possible to provide a heat sink with high heat dissipation and light weight that can cope with heat generation of several hundred W level.

第2の態様に係るヒートシンクは、上記第1の態様において、前記第1のグラファイトプレートと前記第2のグラファイトプレートとの接触面は、少なくとも一方がノンベーサル面であってもよい。   In the heat sink according to the second aspect, in the first aspect, at least one of the contact surfaces of the first graphite plate and the second graphite plate may be a non-basal surface.

第3の態様に係るヒートシンクは、上記第1又は第2の態様において、前記ベース部を構成する前記樹脂は、熱伝導性フィラーが混練されていてもよい。   In the heat sink according to the third aspect, in the first or second aspect, the resin constituting the base portion may be kneaded with a heat conductive filler.

以下、実施の形態に係るヒートシンクについて、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。   Hereinafter, heat sinks according to embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, substantially the same members are denoted by the same reference numerals.

(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係るおける樹脂ベースグラファイトヒートシンク101の構成を示す概略図である。また、図2は、図1における樹脂ベースグラファイトヒートシンク101のA−B断面図である。なお、便宜上、第2のグラファイトプレート104が内蔵された樹脂103の面をx−y面とし、各第1のグラファイトプレート102が延在する方向をz方向としている。また、複数の第1のグラファイトプレート102の配列方向をx方向としている。つまり、図2は、y方向から見たz−x断面図である。
実施の形態1に係るヒートシンク101は、複数枚積層された高分子フィルムを印加圧力と焼成とによりグラファイト化されたグラファイトプレート102、104を用いたヒートシンクである。このヒートシンク101は、第1のグラファイトプレート102で構成されたフィン部と、樹脂103に第2のグラファイトプレート104が内蔵されたベース部と、を備える。また、第1のグラファイトプレート102と第2のグラファイトプレート104とが接触している。
このヒートシンク101によれば、第1のグラファイトプレート102と第2のグラファイトプレート104とが接触しているので、数百Wレベルの発熱に対応可能な高放熱かつ軽量なヒートシンクを提供できる。つまり、図2に示すように、ベース部の裏面に設けられた発熱部105からの熱を第2のグラファイトプレート104から第1のグラファイトプレート102に速やかに放熱できる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a resin-based graphite heat sink 101 according to the first embodiment. 2 is a cross-sectional view of the resin-based graphite heat sink 101 taken along the line AB in FIG. For convenience, the surface of the resin 103 in which the second graphite plate 104 is built is defined as the xy plane, and the direction in which each first graphite plate 102 extends is defined as the z direction. The arrangement direction of the plurality of first graphite plates 102 is the x direction. That is, FIG. 2 is a zx sectional view as seen from the y direction.
A heat sink 101 according to Embodiment 1 is a heat sink using graphite plates 102 and 104 obtained by graphitizing a plurality of laminated polymer films by applying pressure and baking. The heat sink 101 includes a fin portion composed of a first graphite plate 102 and a base portion in which a second graphite plate 104 is built in a resin 103. Further, the first graphite plate 102 and the second graphite plate 104 are in contact with each other.
According to the heat sink 101, since the first graphite plate 102 and the second graphite plate 104 are in contact with each other, it is possible to provide a highly heat-dissipating and lightweight heat sink that can cope with heat generation of several hundreds of watts. That is, as shown in FIG. 2, heat from the heat generating portion 105 provided on the back surface of the base portion can be quickly radiated from the second graphite plate 104 to the first graphite plate 102.

以下にこのヒートシンク101を構成する部材について説明する。   The members constituting the heat sink 101 will be described below.

<高分子フィルム>
高分子フィルムとしては、例えば、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾビスオキサゾール、ポリピロメリットイミド、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンベンゾイミタゾール、ポリフェニレンベンゾビスイミタゾール、ポリチアゾール、ポリパラフェニレンビニレンからなるグループの少なくとも1種の高分子フィルムを用いることができる。上記1種以上の高分子フィルムを複数枚積層して印加圧力を制御しながら焼成することでグラファイト化させたグラファイトプレートを成形して第1のグラファイトプレート102および第2のグラファイトプレート104を作製する。
<Polymer film>
Examples of the polymer film include polyoxadiazole, polybenzothiazole, polybenzobisthiazole, polybenzoxazole, polybenzobisoxazole, polypyromellitimide, aromatic polyamide, polyphenylene benzimitazole, polyphenylene benzobis At least one polymer film of the group consisting of mitazole, polythiazole, and polyparaphenylene vinylene can be used. The first graphite plate 102 and the second graphite plate 104 are formed by stacking a plurality of the one or more polymer films and firing while controlling the applied pressure to form a graphitized graphite plate. .

<グラファイトプレート>
図3は、グラファイトプレートのべーサル面106とノンベーサル面107とを示す概略斜視図である。第1のグラファイトプレート102は、グラファイトフィンを構成する。また、第2のグラファイトプレート104は、樹脂103に内蔵され、ベース部を構成する。図3に示す通り、第1のグラファイトプレート102および第2のグラファイトプレート104は、それぞれ面に対して垂直な方向に熱伝導が低いベーサル面106と、面に対して垂直な方向に熱伝導が高いノンベーサル面107と、を有する。
<Graphite plate>
FIG. 3 is a schematic perspective view showing the basal surface 106 and the non-basal surface 107 of the graphite plate. The first graphite plate 102 constitutes a graphite fin. The second graphite plate 104 is built in the resin 103 and forms a base portion. As shown in FIG. 3, the first graphite plate 102 and the second graphite plate 104 each have a basal surface 106 having a low heat conduction in a direction perpendicular to the surface and a heat conduction in a direction perpendicular to the surface. And a high non-basal surface 107.

図4は、図1における第1のグラファイトプレート102および第2のグラファイトプレート104の加工状態の一例を示す概略斜視図である。発熱部105の熱を最短距離でグラファイトフィン102の先端部に運ぶため、第1のグラファイトプレート102および第2のグラファイトプレート104の少なくとも一方がノンベーサル面で接触していることが好ましい。特に好ましくは、第1のグラファイトプレート102および第2のグラファイトプレート104における、発熱部105に近い側のノンベーサル面107を互いに露出させる角度に加工し、ノンベーサル面同士を接触させることが最も好ましい。図4では、第1のグラファイトプレート102について、z方向及びx方向と交差するようにノンベーサル面107の傾斜面を設けている。複数の第1のグラファイトプレート102のうちx軸の原点側の傾斜面のz軸に対する角度は−45°である。また、第2のグラファイトプレート104について、z方向及びx方向と交差するようにノンベーサル面107の傾斜面を設けている。第2のグラファイトプレート104のx軸の原点側の傾斜面のx軸に対する角度は+45°である。また、第2のグラファイトプレート104の表面に設けるノンベーサル面107の傾斜面は、図4では、x方向に沿って4つの傾斜面を−x方向に向け、4つの傾斜面を+x方向に向けて設けている。なお、それぞれの傾斜面は互いに接触するように設けることが好ましい。このように複数の傾斜面の配向を一部異なるようにすることで、第1のグラファイトプレート102と第2のグラファイトプレート104との接触面で生じる応力の方向を分散させることができる。
第2のグラファイトプレート104は、前記第1のグラファイトプレート102の加工に沿う形状に加工し、接触固定する(図5)。最後に、第1のグラファイトプレート102および第2のグラファイトプレート104の接合部およびベース部分を補強するため樹脂成形を施し、図1、図2に示すような樹脂ベースグラファイトヒートシンク101を得る。
FIG. 4 is a schematic perspective view showing an example of a processed state of the first graphite plate 102 and the second graphite plate 104 in FIG. In order to carry the heat of the heat generating portion 105 to the tip of the graphite fin 102 at the shortest distance, it is preferable that at least one of the first graphite plate 102 and the second graphite plate 104 is in contact with the non-basal surface. Most preferably, it is most preferable that the non-basal surfaces 107 of the first graphite plate 102 and the second graphite plate 104 on the side close to the heat generating portion 105 are processed so as to expose each other and the non-basal surfaces are brought into contact with each other. In FIG. 4, the first graphite plate 102 is provided with an inclined surface of the non-basal surface 107 so as to intersect the z direction and the x direction. Of the plurality of first graphite plates 102, the angle of the inclined surface on the origin side of the x axis with respect to the z axis is −45 °. In addition, the second graphite plate 104 is provided with an inclined surface of the non-basal surface 107 so as to intersect the z direction and the x direction. The angle of the inclined surface on the origin side of the x axis of the second graphite plate 104 with respect to the x axis is + 45 °. In addition, in FIG. 4, the inclined surfaces of the non-basal surface 107 provided on the surface of the second graphite plate 104 have four inclined surfaces in the -x direction and four inclined surfaces in the + x direction along the x direction. Provided. In addition, it is preferable to provide each inclined surface so that it may mutually contact. In this way, by making the orientations of the plurality of inclined surfaces different from each other, the direction of the stress generated on the contact surface between the first graphite plate 102 and the second graphite plate 104 can be dispersed.
The second graphite plate 104 is processed into a shape that follows the processing of the first graphite plate 102 and fixed in contact (FIG. 5). Finally, resin molding is performed to reinforce the joint portion and the base portion of the first graphite plate 102 and the second graphite plate 104, and a resin base graphite heat sink 101 as shown in FIGS. 1 and 2 is obtained.

<補強樹脂材料>
補強樹脂材料としては、熱伝導率10W/m・K以上のものが好ましく、12W/m・K以上のものが最も好ましい。熱伝導率10W/m・K以下の補強樹脂では、熱輸送が遅いため数百Wレベルの発熱にも対応できない。
<Reinforced resin material>
The reinforcing resin material preferably has a thermal conductivity of 10 W / m · K or more, and most preferably 12 W / m · K or more. Reinforcing resins with a thermal conductivity of 10 W / m · K or less cannot respond to heat generation of several hundreds of watts because heat transport is slow.

発熱部105との接触面の樹脂厚さは0〜1mmが好ましい。特に0.5〜1mmが好ましい。樹脂厚さが1mm以上では、樹脂を介した熱輸送が遅いため数百Wレベルの発熱に対応できない。   The resin thickness of the contact surface with the heat generating part 105 is preferably 0 to 1 mm. 0.5-1 mm is particularly preferable. When the resin thickness is 1 mm or more, heat transport through the resin is slow, so that it cannot cope with heat generation of several hundred W level.

一方、発熱部105と逆側の面の樹脂厚さについては、第1のグラファイトプレート102の長さの1/12〜1/10が好ましい。樹脂厚さが1/10を超えると、フィン部での熱交換が不足し、数百Wレベルの発熱に対応できなくなる。   On the other hand, the resin thickness on the surface opposite to the heat generating portion 105 is preferably 1/12 to 1/10 of the length of the first graphite plate 102. When the resin thickness exceeds 1/10, heat exchange at the fin portion is insufficient, and it becomes impossible to cope with heat generation of several hundred W level.

補強樹脂材料は、ベース樹脂に高熱伝導性フィラーを混練したものである。
ベース樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ウレタン樹脂などを用いることができる。
高熱伝導性フィラーとしては、例えば、アルミナ(Al)、窒化ホウ素(BN)、CuおよびAlなどの金属フィラー、カーボンフィラーなどを用いることができる。
この構成によると、金属ベース単独の場合よりも軽量化ができ、かつ数百Wレベルの発熱にも対応できる高放熱かつ軽量なヒートシンクの提供することができる。
The reinforcing resin material is obtained by kneading a high thermal conductivity filler in a base resin.
Base resins include epoxy resin, polyolefin resin, bismaleimide resin, polyimide resin, polyether resin, phenol resin, silicone resin, polycarbonate resin, polyamide resin, polyester resin, fluorine resin, acrylic resin, melamine resin, urea resin, urethane Resins can be used.
As the high thermal conductive filler, for example, alumina (Al 2 O 3 ), boron nitride (BN), a metal filler such as Cu and Al, a carbon filler, or the like can be used.
According to this configuration, it is possible to provide a heat sink that is lighter and lighter than the metal base alone, and that can cope with heat generation of several hundreds of watts.

(実施例1)
以下のように、実施例1に係るヒートシンクを作製した。
第1のグラファイトプレート102には縦50mm、横50mm、厚み1mmの高配向性グラファイトの加圧積層品を使用した。また、第2のグラファイトプレート104には縦50mm、横50mm、厚み1mmの高配向性グラファイトの加圧積層品を使用した。第1のグラファイトプレート102および第2のグラファイトプレート104の出発原料としては、高分子フィルムとしてポリオキサジアゾールを原料とするフィルムを用いた。該高分子フィルムを複数枚積層して印加圧力を制御しながら焼成することでグラファイト化させたグラファイトプレートを得た。このグラファイトプレートを使用し、フィン本数8本、ピッチ4mmでヒートシンクを構成した。また、このヒートシンクでは、第1のグラファイトプレート102および第2のグラファイトプレート104の接合面が、互いにノンベーサル面107を45°の角度で露出して接触固定されている。補強樹脂としては、ベース樹脂にポリカーボネート樹脂、フィラーにBNフィラーを用いたものを使用し、発熱部側の厚みを0.8mm、反対側の厚さを3mmとしてヒートシンクを作製した。作製したヒートシンクは、落下試験および振動試験前後の熱伝導性試験によって性能評価を行った。
Example 1
A heat sink according to Example 1 was produced as follows.
The first graphite plate 102 was a pressure-laminated product of highly oriented graphite having a length of 50 mm, a width of 50 mm, and a thickness of 1 mm. The second graphite plate 104 was a pressure-laminated product of highly oriented graphite having a length of 50 mm, a width of 50 mm, and a thickness of 1 mm. As starting materials for the first graphite plate 102 and the second graphite plate 104, a film made of polyoxadiazole as a raw material was used as a polymer film. A plurality of the polymer films were laminated and baked while controlling the applied pressure to obtain a graphitized graphite plate. Using this graphite plate, a heat sink was constructed with 8 fins and a pitch of 4 mm. In this heat sink, the joint surfaces of the first graphite plate 102 and the second graphite plate 104 are fixed in contact with each other by exposing the non-basal surface 107 at an angle of 45 °. As the reinforcing resin, a resin using a polycarbonate resin as a base resin and a BN filler as a filler was used. A heat sink was manufactured with a thickness of 0.8 mm on the heat generating portion side and a thickness of 3 mm on the opposite side. The fabricated heat sink was evaluated for performance by a drop test and a thermal conductivity test before and after the vibration test.

(実施例2)
実施例1と対比すると、第1のグラファイトプレート102および第2のグラファイトプレート104の接合面が、ノンベーサル面107とベーサル面106とを互い違いに嵌め合う構造で固定している点で相違し、それ以外は実施例1と同様にしてヒートシンクを作製した。
(Example 2)
In contrast to the first embodiment, the difference is that the joining surfaces of the first graphite plate 102 and the second graphite plate 104 are fixed in a structure in which the non-basal surface 107 and the basal surface 106 are alternately fitted. A heat sink was produced in the same manner as in Example 1 except for the above.

(実施例3)
実施例1と対比すると、補強樹脂の発熱部側の厚みを1mmとしている点で相違し、それ以外は実施例1と同様にしてヒートシンクを作製した。
(Example 3)
Compared with Example 1, the difference was that the thickness of the reinforcing resin on the heat generating portion side was 1 mm. Otherwise, a heat sink was produced in the same manner as in Example 1.

(実施例4)
実施例1と対比すると、発熱部側の反対側の厚さを5mmとしている点で相違し、それ以外は実施例1と同様にしてヒートシンクを作製した。
Example 4
Compared with Example 1, the difference was that the thickness on the side opposite to the heat generating part was 5 mm. Otherwise, a heat sink was produced in the same manner as in Example 1.

(実施例5)
実施例1と対比すると、第1のグラファイトプレート102全面に5μm厚のポリイミドコーティングを施している点で相違し、その他の条件は実施例1と同じにしてグラファイトヒートシンクを作製した。
(Example 5)
In contrast to Example 1, a graphite heat sink was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a 5 μm thick polyimide coating was applied to the entire surface of the first graphite plate 102.

(比較例1)
比較例1として、高分子フィルムとしてポリエステルフィルムを使用して作製した加圧積層品を用い、その他の条件は実施例1と同じにしてヒートシンクを作製した。
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, a heat-sink was produced using a pressure laminate produced using a polyester film as the polymer film, and the other conditions were the same as in Example 1.

(比較例2)
比較例2として、実施例1における第1のグラファイトプレート102および第2のグラファイトプレート104を直接接合せずに補強樹脂を介して固定し、その他の条件は実施例1と同じにしてヒートシンクを作製した。
(Comparative Example 2)
As Comparative Example 2, the first graphite plate 102 and the second graphite plate 104 in Example 1 were fixed via a reinforcing resin without being directly joined, and other conditions were the same as in Example 1 to produce a heat sink. did.

(比較例3)
比較例3として、補強樹脂の発熱部側の厚みを1.5mmとし、その他の条件は実施例1と同じにしてヒートシンクを作製した。
(Comparative Example 3)
As a comparative example 3, a heat sink was manufactured under the same conditions as in the example 1 except that the thickness of the reinforcing resin on the heat generating portion side was 1.5 mm.

(比較例4)
比較例4として、補強樹脂の発熱部側と反対側の厚さを10mmとし、その他の条件は実施例1と同じにしてヒートシンクを作製した。
(Comparative Example 4)
As Comparative Example 4, a heat sink was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the reinforcing resin on the side opposite to the heat generating portion side was 10 mm.

<評価方法>
(熱伝導性評価試験)
実施例および比較例で作製したサンプルは、落下試験および振動試験前後に熱伝導性評価試験を行った。図6は、熱伝導性評価TEGを示す概略斜視図である。強制冷却環境による評価で、前記実施例および比較例にて記述したグラファイトヒートシンクの中央直下に測温部109(□10mm、t5mm、銅製)、ヒーター111(□10mm、t1mm、セラミック製)をグリス108を0.3mm塗布して接着し、直上には□50mmサイズのファン110(型番UDQF56C11CET(Panasonic))を設置して、ヒーター111およびファン110を入力11Vで稼動した際のヒーターおよびヒートシンクの境界部の温度を測定して評価した。また、全体は支え板112で支持した。
<Evaluation method>
(Thermal conductivity evaluation test)
The samples produced in the examples and comparative examples were subjected to a thermal conductivity evaluation test before and after the drop test and the vibration test. FIG. 6 is a schematic perspective view showing a thermal conductivity evaluation TEG. In the evaluation by the forced cooling environment, the temperature measuring unit 109 (□ 10 mm, t5 mm, made of copper) and the heater 111 (□ 10 mm, t1 mm, made of ceramic) are grease 108 just below the center of the graphite heat sink described in the above-mentioned examples and comparative examples. 0.3mm is applied and bonded, and □ 50mm size fan 110 (model number UDQF56C11CET (Panasonic)) is installed directly above, and the boundary between the heater and heat sink when the heater 111 and fan 110 are operated at input 11V The temperature of was measured and evaluated. The whole was supported by a support plate 112.

(落下試験・振動試験)
各サンプルについて下記に示す条件にて、試験を実施した。

Figure 2019140311
(Drop test / Vibration test)
Each sample was tested under the conditions shown below.
Figure 2019140311

<考察>
表1は、実施例1〜5、比較例1〜4の熱伝導性の評価結果である。
<Discussion>
Table 1 shows the thermal conductivity evaluation results of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4.

Figure 2019140311
Figure 2019140311

熱伝導性評価は、従来のアルミヒートシンクにおける評価結果との比較にて判断する。アルミヒートシンクの構造としては、ベース部およびフィン部が一体となったサンプルにて評価した。サイズはベース部が□50mm、厚さ5mm、フィン部は高さ48mm、厚み0.5mm、本数8本、ピッチ4mmのものを用いた。
評価基準は以下の通りとする。
The thermal conductivity evaluation is judged by comparison with the evaluation result of the conventional aluminum heat sink. The structure of the aluminum heat sink was evaluated using a sample in which the base portion and the fin portion were integrated. As for the size, a base portion having a diameter of 50 mm, a thickness of 5 mm, and a fin portion having a height of 48 mm, a thickness of 0.5 mm, a number of 8 pieces, and a pitch of 4 mm were used.
The evaluation criteria are as follows.

重量に関しては、従来のアルミヒートシンクと比較し、重量比が0.8以上であれば×、0.8未満であれば○、0.7未満であれば◎とする。
落下および振動試験前後の熱伝導性評価については、以下のような判定基準とする。
(1)落下/振動試験前で、熱伝導性評価結果が51.5℃未満、かつ、落下/振動試験前後差0.5℃未満は○
(2)落下/振動試験前で、熱伝導性評価結果が51.5℃以上、または、落下/振動試験前後差0.5℃以上は×
Regarding the weight, compared to a conventional aluminum heat sink, the weight ratio is 0.8 when the weight ratio is 0.8 or more, ◯ when it is less than 0.8, and ◎ when it is less than 0.7.
The thermal conductivity evaluation before and after the drop and vibration test is based on the following criteria.
(1) Before the drop / vibration test, the thermal conductivity evaluation result is less than 51.5 ° C, and the difference between before and after the drop / vibration test is less than 0.5 ° C.
(2) Before the drop / vibration test, the thermal conductivity evaluation result is 51.5 ° C. or higher, or the difference between before and after the drop / vibration test is 0.5 ° C. or higher.

また、強度評価の判定基準は、落下および振動試験後の熱伝導性評価を行った後に断面観察を行い、グラファイト層が衝撃および振動によって折れることに起因するクラックが発生していなければ○、発生していれば×とした。
最後に、総合評価として、熱伝導性評価および強度評価の両方が◎または○の場合のみを○、どちらか一方もしくは両方が×の場合は×とした。
In addition, the evaluation criteria for strength evaluation are: ○, if cracks are not generated due to breakage of the graphite layer due to impact and vibration after cross-sectional observation after conducting thermal conductivity evaluation after drop and vibration tests If it did, it was set as x.
Finally, as a comprehensive evaluation, only when both the thermal conductivity evaluation and the strength evaluation are ◎ or ◯ is ○, and when either one or both are ×, it is ×.

実施例1,2に示すとおり、第1のグラファイトプレート102および樹脂内蔵グラファイトプレート104の接合面が接触して固定していることにより、グラファイトによる熱輸送が確保され、高い放熱性能が発揮される。また、実施例3,4に示すとおり、補強樹脂を適正な厚さにすることで、強度、放熱性能および軽量を両立することが可能となる。   As shown in Examples 1 and 2, since the joint surfaces of the first graphite plate 102 and the resin built-in graphite plate 104 are fixed in contact with each other, heat transport by graphite is ensured, and high heat dissipation performance is exhibited. . Moreover, as shown in Examples 3 and 4, it is possible to achieve both strength, heat dissipation performance, and light weight by setting the reinforcing resin to an appropriate thickness.

一方、比較例1に示すとおり、実施例1に示す材料以外の高分子フィルムを用いた場合、グラファイト化が不十分であり、熱伝導性が確保できない。また、強度が不足しているため落下・振動試験後には測定不能となりヒートシンクとして機能しなくなる。また、比較例2に示すとおり、第1のグラファイトプレート102および第2のグラファイトプレート104が接触せず固定されていると、樹脂部分で熱輸送が阻まれ、熱伝導性が確保できない。また、比較例3に示すとおり,発熱部と接する面の樹脂が厚い場合においても、樹脂部分で熱輸送が阻まれ、熱伝導性が確保できない。さらに、比較例4に示すとおり、補強樹脂の発熱部側と反対側の厚さが厚い場合、フィン部での熱交換が不足し、熱伝導性が確保できない。   On the other hand, as shown in Comparative Example 1, when a polymer film other than the material shown in Example 1 is used, graphitization is insufficient and thermal conductivity cannot be ensured. In addition, due to the lack of strength, measurement cannot be performed after the drop / vibration test, and the heat sink does not function. Further, as shown in Comparative Example 2, when the first graphite plate 102 and the second graphite plate 104 are fixed without being in contact with each other, heat transport is hindered by the resin portion, and thermal conductivity cannot be ensured. Further, as shown in Comparative Example 3, even when the resin on the surface in contact with the heat generating portion is thick, heat transport is blocked by the resin portion, and thermal conductivity cannot be ensured. Furthermore, as shown in Comparative Example 4, when the thickness of the reinforcing resin on the side opposite to the heat generating portion is thick, heat exchange at the fin portion is insufficient, and heat conductivity cannot be ensured.

なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び/又は実施例のうちの任意の実施の形態及び/又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び/又は実施例が有する効果を奏することができる。   It should be noted that the present disclosure includes appropriately combining any of the various embodiments and / or examples described above, and each of the embodiments and / or examples. The effect which an Example has can be show | played.

本発明に係るヒートシンクは、数百Wレベルの発熱に対応可能な高放熱可能であると共に、軽量である。そこで、このヒートシンクは、産業機器および車載分野等における発熱部の放熱用途に適用できる。   The heat sink according to the present invention is capable of high heat dissipation capable of dealing with heat generation of several hundred W level and is lightweight. Therefore, this heat sink can be applied to heat radiation of a heat generating part in industrial equipment and in-vehicle fields.

101 樹脂ベースグラファイトヒートシンク
102 第1のグラファイトプレート
103 樹脂ベース
104 第2のグラファイトプレート
105 発熱部
106 ベーサル面(面に対して垂直な方向に熱伝導が低い面)
107 ノンベーサル面(面に対して垂直な方向に熱伝導が高い面)
108 グリス
109 測温部(熱電対)
110 ファン
111 ヒーター
112 支え板
101 Resin-based graphite heat sink 102 First graphite plate 103 Resin base 104 Second graphite plate 105 Heat generating portion 106 Basal surface (surface with low thermal conductivity in a direction perpendicular to the surface)
107 Non-basal surface (surface with high thermal conductivity in the direction perpendicular to the surface)
108 Grease 109 Temperature sensor (thermocouple)
110 Fan 111 Heater 112 Support plate

Claims (3)

複数枚積層された高分子フィルムを印加圧力と焼成とによりグラファイト化されたグラファイトプレートを用いたヒートシンクであって、
第1のグラファイトプレートで構成されたフィン部と、
樹脂に第2のグラファイトプレートが内蔵されたベース部と、
を備え、
前記第1のグラファイトプレートと前記第2のグラファイトプレートとが接触していることを特徴とするヒートシンク。
A heat sink using a graphite plate graphitized by applying pressure and firing a polymer film laminated in a plurality of layers,
A fin portion composed of a first graphite plate;
A base part in which a second graphite plate is built into the resin;
With
The heat sink, wherein the first graphite plate and the second graphite plate are in contact with each other.
前記第1のグラファイトプレートと前記第2のグラファイトプレートとの接触面は、少なくとも一方がノンベーサル面であることを特徴とする請求項1に記載のヒートシンク。   2. The heat sink according to claim 1, wherein at least one of the contact surfaces of the first graphite plate and the second graphite plate is a non-basal surface. 前記ベース部を構成する前記樹脂は、熱伝導性フィラーが混練されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のヒートシンク。   The heat sink according to claim 1 or 2, wherein the resin constituting the base portion is kneaded with a heat conductive filler.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2021170628A (en) * 2020-04-16 2021-10-28 力成科技股▲分▼有限公司 Pickup and contact device
WO2024004355A1 (en) * 2022-06-30 2024-01-04 パナソニックホールディングス株式会社 Heat control structure and artificial satellite equipped with heat control structure

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