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JP2020072219A - Graphite structure - Google Patents

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JP2020072219A
JP2020072219A JP2018206842A JP2018206842A JP2020072219A JP 2020072219 A JP2020072219 A JP 2020072219A JP 2018206842 A JP2018206842 A JP 2018206842A JP 2018206842 A JP2018206842 A JP 2018206842A JP 2020072219 A JP2020072219 A JP 2020072219A
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JP
Japan
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graphite
resin
graphite structure
resin layer
structure according
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Pending
Application number
JP2018206842A
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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
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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Abstract

【課題】グラファイトの粉落ちを無くしつつ、放熱性の高いグラファイト構造体を提供する。【解決手段】グラファイト構造体は、グラファイトプレートと、グラファイトプレートの表面に設けられ、少なくとも1種類以上の縮合性高分子を含む熱可塑性樹脂と、少なくとも1種類以上の熱硬化性樹脂と、を有する樹脂層と、を備え、樹脂層は、熱硬化性樹脂が分散されて硬化し、縮合性高分子を含んだ熱可塑性樹脂が熱硬化性樹脂の周囲を覆うように連続的にグラファイトプレートの表面と密着している。【選択図】図1CPROBLEM TO BE SOLVED: To provide a graphite structure having high heat dissipation while eliminating powder falling of graphite. SOLUTION: The graphite structure has a graphite plate, a thermoplastic resin provided on the surface of the graphite plate and containing at least one kind of condensable polymer, and at least one kind of thermosetting resin. A resin layer is provided, and the resin layer is continuously cured by dispersing and curing the heat-curable resin, and the surface of the graphite plate is continuously covered with the thermoplastic resin containing the condensing polymer so as to cover the periphery of the heat-curable resin. Is in close contact with. [Selection diagram] FIG. 1C

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グラファイト構造体に関する。   The present invention relates to a graphite structure capable of managing heat emitted from a heat source such as an electronic device.

近年、電子装置の小型化に伴い、その電子装置から熱を放散させる必要性が高まっている。そこで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。   In recent years, with the miniaturization of electronic devices, the need to dissipate heat from the electronic devices has increased. Therefore, management is becoming an increasingly important factor in the design of electronic products. Both performance reliability and expected life of electronic devices are inversely proportional to the component temperature of the device. For example, lowering the operating temperature of a device, such as a typical silicon semiconductor, can increase the processing speed, reliability, and expected life of the device. Therefore, the most important thing to achieve maximum component life and reliability is to control the operating temperature of the device 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 typified by graphite is drawing attention as a material excellent in such heat management. Graphite has thermal conductivity equivalent to that of aluminum and copper, which are common high thermal conductivity materials, and has heat transport characteristics superior to copper, so it can be used for heat spreaders of LSI chips, heat sinks of semiconductor power modules, etc. It is attracting attention as a material for heat radiation fins used in.

しかしながら、カーボン材は構造上、端部の粉落ちが発生しやすいため、表面状態を改善する方法が提案されている。例えば、特許文献1に示すように、グラファイトシートの両面にフィルムを配し、各フィルム同士を粘着することによるラミネート構造が提案されている。また、特許文献2では、電着法によりグラファイト表面に有機高分子膜をコーティングする構造が提案されている。さらに、特許文献3では、粘着性樹脂組成物として反応硬化型ビニル系重合体を用いてグラファイト表面を覆う構造が提案されている。   However, a carbon material is liable to have powder falling off at the end due to its structure, and therefore a method for improving the surface condition has been proposed. For example, as shown in Patent Document 1, a laminated structure has been proposed in which films are arranged on both sides of a graphite sheet and the films are adhered to each other. Patent Document 2 proposes a structure in which the surface of graphite is coated with an organic polymer film by an electrodeposition method. Further, Patent Document 3 proposes a structure in which a surface of graphite is covered with a reaction-curable vinyl polymer as an adhesive resin composition.

特開平11−268976号公報JP-A-11-268976 特開2002−004089号公報JP, 2002-004089, A 特開2006−306068号公報JP, 2006-306068, A

しかしながら、特許文献1では、フィルムのグラファイトに対する粘着性が低いため、フィルムとグラファイトの表面にて気泡が発生し、密着性および熱伝導率が著しく低下する。また、特許文献2の電着法では、密着性にバラツキが生じやすく、コーティング膜の厚みが制御しづらいため、安定した熱伝導性を確保できない。さらに、特許文献3では、粘着性樹脂組成物による被覆を試みているが、特許文献1と同様、粘着による結合では、表面粗さの小さいグラファイトとの密着は不十分であり、表面での剥離を防ぐことは出来ない。   However, in Patent Document 1, since the film has a low adhesiveness to graphite, air bubbles are generated on the surfaces of the film and the graphite, and the adhesion and the thermal conductivity are significantly reduced. Further, in the electrodeposition method of Patent Document 2, since the adhesiveness is likely to vary and the thickness of the coating film is difficult to control, stable thermal conductivity cannot be ensured. Further, in Patent Document 3, coating with an adhesive resin composition is attempted, but as in Patent Document 1, bonding by adhesion does not sufficiently adhere to graphite having a small surface roughness, and peeling on the surface occurs. Cannot be prevented.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高密着かつ放熱性の高いグラファイト構造体を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and an object thereof is to provide a graphite structure having high adhesion and high heat dissipation.

上記目的を達成するために、本発明に係るグラファイト構造体は、グラファイトプレートと、
前記グラファイトプレートの表面に設けられ、少なくとも1種類以上の縮合性高分子を含む熱可塑性樹脂と、少なくとも1種類以上の熱硬化性樹脂と、を有する樹脂層と、
を備え、
前記樹脂層は、前記熱硬化性樹脂が分散されて硬化し、前記縮合性高分子を含んだ熱可塑性樹脂が前記熱硬化性樹脂の周囲を覆うように連続的に前記グラファイトプレートの表面と密着している。
In order to achieve the above object, a graphite structure according to the present invention is a graphite plate,
A resin layer that is provided on the surface of the graphite plate and that includes at least one type of thermoplastic resin containing a condensable polymer and at least one type of thermosetting resin;
Equipped with
The resin layer is cured by dispersing the thermosetting resin, and the thermoplastic resin containing the condensable polymer continuously adheres to the surface of the graphite plate so as to cover the periphery of the thermosetting resin. is doing.

本発明に係るグラファイト構造体によれば、グラファイトプレートの表面に高密着かつ放熱性を維持できる樹脂層を有するグラファイト構造体を提供することができる。   According to the graphite structure of the present invention, it is possible to provide a graphite structure having a resin layer capable of maintaining high adhesion and heat dissipation on the surface of the graphite plate.

実施の形態1に係るグラファイト構造体の端部の断面構造を示す概略部分断面図である。FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view showing the cross-sectional structure of the end portion of the graphite structure according to the first embodiment. 図1Aのグラファイト構造体の樹脂層の表面の一部分Aの平面拡大図である。It is a plane enlarged view of a part A of the surface of the resin layer of the graphite structure of FIG. 1A. 図1Aのグラファイト構造体のグラファイトプレートと樹脂層との境界部分Bの部分拡大断面図である。FIG. 1B is a partially enlarged cross-sectional view of a boundary portion B between the graphite plate and the resin layer of the graphite structure of FIG. 1A. 実施の形態1、実施例及び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 the heat conductivity evaluation test in Embodiment 1, an example, and a comparative example.

第1の態様に係るグラファイト構造体は、グラファイトプレートと、
前記グラファイトプレートの表面に設けられ、少なくとも1種類以上の縮合性高分子を含む熱可塑性樹脂と、少なくとも1種類以上の熱硬化性樹脂と、を有する樹脂層と、
を備え、
前記樹脂層は、硬化した前記熱硬化性樹脂が分散されており、前記縮合性高分子を含んだ熱可塑性樹脂が前記熱硬化性樹脂の周囲を覆うように連続的に前記グラファイトプレートの表面と密着している。
A graphite structure according to a first aspect includes a graphite plate,
A resin layer that is provided on the surface of the graphite plate and that includes at least one type of thermoplastic resin containing a condensable polymer and at least one type of thermosetting resin;
Equipped with
In the resin layer, the cured thermosetting resin is dispersed, and the thermoplastic resin containing the condensable polymer continuously covers the surface of the graphite plate so as to cover the periphery of the thermosetting resin. It is in close contact.

第2の態様に係るグラファイト構造体は、上記第1の態様において、前記グラファイトプレートは、面方向の熱伝導率が1000W/m・K以上、厚み方向の熱伝導率が10W/m・K以下であってもよい。   A graphite structure according to a second aspect is the graphite plate according to the first aspect, wherein the graphite plate has a thermal conductivity in the plane direction of 1000 W / m · K or more and a thermal conductivity in the thickness direction of 10 W / m · K or less. May be

第3の態様に係るグラファイト構造体は、上記第1又は第2の態様において、前記縮合性高分子は、六員環を有する、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種類からなるものであってもよい。   The graphite structure according to a third aspect is the graphite structure according to the first or second aspect, wherein the condensable polymer has a 6-membered ring, such as polyoxadiazole, polybenzothiazole, polybenzobisthiazole, polybenzo. Even if it consists of at least one of the group consisting of oxazole, polybenzobisoxazole, polypyromellitimide, aromatic polyamide, polyphenylenebenzimidazole, polyphenylenebenzobisimidazole, polythiazole, and polyparaphenylenevinylene. Good.

第4の態様に係るグラファイト構造体は、上記第1から第3のいずれかの態様において、前記熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、熱硬化性ポリイミドからなるグループの少なくとも1種類からなるものであってもよい。   A graphite structure according to a fourth aspect is the graphite structure according to any one of the first to third aspects, wherein the thermosetting resin is a phenol resin, an epoxy resin, a melamine resin, a urea resin, an unsaturated polyester resin, an alkyd resin. It may be composed of at least one of the group consisting of thermosetting polyimide.

第5の態様に係るグラファイト構造体は、上記第1から第4のいずれかの態様において、前記熱硬化性樹脂は、長径0.5〜1.5μm、高さが0.5〜2.0μmで、島状に硬化していてもよい。   A graphite structure according to a fifth aspect is the graphite structure according to any one of the first to fourth aspects, wherein the thermosetting resin has a major axis of 0.5 to 1.5 μm and a height of 0.5 to 2.0 μm. Then, it may be cured in an island shape.

第6の態様に係るグラファイト構造体は、上記第1から第5のいずれかの態様において、前記樹脂層は、前記グラファイトプレートの表面に密着する側の表面粗さが、前記グラファイトプレートの表面の粗さに対し、20〜40%粗くなる表面を有してもよい。   The graphite structure according to a sixth aspect is the graphite structure according to any one of the first to fifth aspects, wherein the resin layer has a surface roughness of a side close to the surface of the graphite plate that is close to that of the graphite plate. You may have the surface which becomes 20-40% rough with respect to roughness.

第7の態様に係るグラファイト構造体は、上記第1から第6のいずれかの態様において、前記樹脂層は、厚みが5〜10μmであってもよい。   In the graphite structure according to a seventh aspect, in any one of the first to sixth aspects, the resin layer may have a thickness of 5 to 10 μm.

第8の態様に係るグラファイトヒートシンクは、上記第1から第7のいずれかの態様に係るグラファイト構造体をフィンとして用いている。   The graphite heat sink according to the eighth aspect uses the graphite structure according to any one of the first to seventh aspects as a fin.

以下、実施の形態に係るグラファイト構造体について、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は同一の符号を付している。
(実施の形態1)
図1Aは、実施の形態1に係るグラファイト構造体10の端部の断面構造を示す概略部分断面図である。図1Bは、図1Aのグラファイト構造体10の樹脂層2の表面の一部分Aの平面拡大図である。図1Cは、図1Aのグラファイト構造体10のグラファイトプレート1と樹脂層2との境界部分Bの部分拡大断面図である。
このグラファイト構造体10は、グラファイトプレート1と、その表面に設けられた樹脂層2と、を備える。つまり、グラファイトプレート1の全面を樹脂層2で被覆してグラファイト構造体10を形成している。樹脂層2は、少なくとも1種類以上の縮合性高分子を含む熱可塑性樹脂202と、少なくとも1種類以上の熱硬化性樹脂201と、を有する。また、樹脂層2には、硬化した熱硬化性樹脂201が分散されている。さらに、縮合性高分子を含んだ熱可塑性樹脂202が熱硬化性樹脂201の周囲を覆うように連続的にグラファイトプレート1の表面と密着している。
このグラファイト構造体10によれば、樹脂層2がグラファイトプレート1の全面に密着して覆っている。そこで、グラファイトの粉落ちを無くしつつ、高い放熱性の効果を奏することができる。また、このグラファイト構造体10は、フィンとして用いることでグラファイトヒートシンクとして有用である。
Hereinafter, a graphite structure according to an embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, substantially the same members are designated by the same reference numerals.
(Embodiment 1)
FIG. 1A is a schematic partial cross-sectional view showing a cross-sectional structure of an end portion of graphite structure 10 according to the first embodiment. FIG. 1B is an enlarged plan view of a part A of the surface of the resin layer 2 of the graphite structure 10 of FIG. 1A. FIG. 1C is a partially enlarged sectional view of a boundary portion B between the graphite plate 1 and the resin layer 2 of the graphite structure 10 of FIG. 1A.
This graphite structure 10 includes a graphite plate 1 and a resin layer 2 provided on the surface thereof. That is, the entire surface of the graphite plate 1 is covered with the resin layer 2 to form the graphite structure 10. The resin layer 2 includes a thermoplastic resin 202 containing at least one type of condensable polymer and at least one type of thermosetting resin 201. Further, the cured thermosetting resin 201 is dispersed in the resin layer 2. Further, a thermoplastic resin 202 containing a condensable polymer is continuously adhered to the surface of the graphite plate 1 so as to cover the periphery of the thermosetting resin 201.
According to this graphite structure 10, the resin layer 2 is in close contact with and covers the entire surface of the graphite plate 1. Therefore, it is possible to achieve the effect of high heat dissipation while eliminating the fall of graphite powder. Further, this graphite structure 10 is useful as a graphite heat sink by using it as a fin.

以下にこのグラファイト構造体10を構成する部材について説明する。   Members constituting the graphite structure 10 will be described below.

<グラファイトプレート>
グラファイトプレート1は、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1枚または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作製する。本実施例および比較例においては、ポリオキサジアゾール1種類からグラファイトプレート1を作製しているが、2種類以上の高分子フィルムを組合せてもよく、本実施例および比較例に限定されるものではない。
<Graphite plate>
The graphite plate 1 includes a polyoxadiazole, a polybenzothiazole, a polybenzobisthiazole, a polybenzoxazole, a polybenzobisoxazole, a polypyromellitimide, an aromatic polyamide, a polyphenylenebenzimidazole, a polyphenylenebenzobisimidazole, One or more polymer films of at least one kind of the group consisting of polythiazole and polyparaphenylene vinylene are laminated and fired while controlling the applied pressure to form a graphitized graphite plate. In this example and the comparative example, the graphite plate 1 is manufactured from one kind of polyoxadiazole, but two or more kinds of polymer films may be combined, and the graphite plate 1 is limited to the example and the comparative example. is not.

また、グラファイトプレート1は、例えば、面方向の熱伝導率が1000W/m・K以上、厚み方向の熱伝導率が10W/m・K以下である。   The graphite plate 1 has, for example, a thermal conductivity in the plane direction of 1000 W / m · K or more and a thermal conductivity in the thickness direction of 10 W / m · K or less.

<樹脂層>
樹脂層2は、少なくとも1種類以上の縮合性高分子を含んだ熱可塑性樹脂202と、少なくとも1種類以上の熱硬化性樹脂201と、を含む。また、樹脂層2は、硬化した熱硬化性樹脂201が分散されており、縮合性高分子を含んだ熱可塑性樹脂が熱硬化性樹脂の周囲を覆うように連続的にグラファイトプレートの表面と密着している。
なお、樹脂層2は、例えば、グラファイトプレート1の表面に密着する側の表面粗さが、グラファイトプレート表面の粗さに対し、20〜40%粗くなる表面を有している。
<Resin layer>
The resin layer 2 includes a thermoplastic resin 202 containing at least one type of condensable polymer and at least one type of thermosetting resin 201. Further, the resin layer 2 has the cured thermosetting resin 201 dispersed therein, and the thermoplastic resin containing the condensable polymer is continuously adhered to the surface of the graphite plate so as to cover the periphery of the thermosetting resin. is doing.
The resin layer 2 has, for example, a surface whose surface roughness close to the surface of the graphite plate 1 is 20-40% rougher than the surface roughness of the graphite plate.

<縮合性高分子>
縮合性高分子は、一般的には熱硬化性のものが多いが、熱可塑性のものがある。例えば、ポリイミド樹脂の場合、一般に芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとが出発原料である。この出発原料の中に、イミド基以外の熱的に安定な官能基や芳香族系原子団を導入して、生成イミド基の繰り返し単位中での濃度を低下させることで、熱可塑性の性質を持たせることができる。
該縮合性高分子は、例えば、六員環を有する、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種類からなる。本実施例および比較例の一部における縮合性高分子は、ポリオキサジアゾール1種類から熱可塑性樹脂を作製しているが、2種類以上の六員環を有する縮合性高分子を組合せてもよく、本実施例および比較例に限定されるものではない。
<Condensable polymer>
Most of the condensable polymers are generally thermosetting ones, but there are thermoplastic ones. For example, in the case of a polyimide resin, generally aromatic tetracarboxylic dianhydride and aromatic diamine are starting materials. By introducing a thermally stable functional group other than an imide group or an aromatic atomic group into the starting material to reduce the concentration of the produced imide group in the repeating unit, the thermoplastic property is improved. You can have it.
The condensable polymer has, for example, a polyoxadiazole, polybenzothiazole, polybenzobisthiazole, polybenzoxazole, polybenzobisoxazole, polypyromellitimide, aromatic polyamide, polyphenylenebenzoi having a six-membered ring. It comprises at least one member selected from the group consisting of mitazole, polyphenylene benzobisimidazole, polythiazole and polyparaphenylene vinylene. The condensable polymer in some of the examples and comparative examples is a thermoplastic resin prepared from one polyoxadiazole, but a condensable polymer having two or more 6-membered rings may be combined. Of course, the invention is not limited to this example and the comparative example.

<熱硬化性樹脂>
また、該熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、熱硬化性ポリイミドからなるグループの少なくとも1種類からなる。本実施例および比較例においては、フェノール樹脂1種類から熱硬化性樹脂層を作製しているが、2種類以上の熱硬化性樹脂を組合せてもよく、本実施例および比較例に限定されるものではない。
<Thermosetting resin>
Further, the thermosetting resin is at least one selected from the group consisting of phenol resin, epoxy resin, melamine resin, urea resin, unsaturated polyester resin, alkyd resin, and thermosetting polyimide. In this example and the comparative example, the thermosetting resin layer is made from one kind of the phenol resin, but two or more kinds of the thermosetting resin may be combined and is limited to the present example and the comparative example. Not a thing.

分散して硬化した熱硬化性樹脂201の状態を模式的に図1Bの平面拡大図および図1Cの部分拡大断面図に示す。図1B及び図1Cに示すとおり、熱硬化性樹脂201は、縮合性高分子を含む熱可塑性樹脂層202内で楕円球状に分散硬化する。このとき、熱硬化性樹脂201とグラファイトプレート1との間には縮合性高分子を含む熱可塑性樹脂層202が存在し、熱硬化性樹脂201とグラファイトプレート1とは接触しない。平面拡大図(図1B)における熱硬化性樹脂201の長径3が0.5〜1.5μm、断面拡大図(図1C)における熱硬化性樹脂201の高さ4が0.5〜2.0μmであることが好ましい。特に好ましくは、長径0.8〜1.2μm、高さ1.0〜1.5μmである。長径0.5μm未満、高さ0.5μm未満では、表面粗さが20%以上粗化しないため、表面積の増加による放熱効果が得られない。一方、長径1.5μm、高さ2.0μmを超えると、表面粗さが40%を超えて粗化するため、樹脂層2による熱伝導の低下が顕著となり、放熱効果が低下する。また、樹脂層の厚さ5は5〜10μmが好ましい。5μm未満の場合、密着性が維持できない。10μmを超えると、樹脂層による熱伝導の低下が顕著となり、放熱効果が低下する。   The state of the thermosetting resin 201 dispersed and cured is schematically shown in the plan enlarged view of FIG. 1B and the partially enlarged sectional view of FIG. 1C. As shown in FIGS. 1B and 1C, the thermosetting resin 201 is dispersed and hardened into an elliptic sphere in the thermoplastic resin layer 202 containing the condensable polymer. At this time, the thermoplastic resin layer 202 containing the condensable polymer exists between the thermosetting resin 201 and the graphite plate 1, and the thermosetting resin 201 and the graphite plate 1 do not come into contact with each other. The major axis 3 of the thermosetting resin 201 in the plan enlarged view (FIG. 1B) is 0.5 to 1.5 μm, and the height 4 of the thermosetting resin 201 in the enlarged sectional view (FIG. 1C) is 0.5 to 2.0 μm. Is preferred. Particularly preferably, the major axis is 0.8 to 1.2 μm and the height is 1.0 to 1.5 μm. If the major axis is less than 0.5 μm and the height is less than 0.5 μm, the surface roughness is not roughened by 20% or more, and the heat dissipation effect due to the increase in the surface area cannot be obtained. On the other hand, when the major axis is more than 1.5 μm and the height is more than 2.0 μm, the surface roughness is more than 40% and the surface is roughened, so that the heat conduction by the resin layer 2 is significantly reduced and the heat radiation effect is reduced. The thickness 5 of the resin layer is preferably 5 to 10 μm. If it is less than 5 μm, the adhesiveness cannot be maintained. When it exceeds 10 μm, the heat conduction due to the resin layer is significantly reduced, and the heat dissipation effect is reduced.

この構成のグラファイト構造体によると、縮合性高分子を含んだ熱可塑性樹脂によるグラファイトとの化学結合に起因する高密着と、熱硬化性樹脂の島状硬化によって表面粗化されることで放熱性を向上する効果を両立することが可能となる。   According to the graphite structure of this structure, high adhesion due to a chemical bond with graphite by a thermoplastic resin containing a condensable polymer and surface-roughening due to island-like curing of the thermosetting resin cause heat dissipation. It is possible to achieve both the effects of improving

(実施例1)
以下のように、実施例1に係るグラファイト構造体を作製した。
グラファイトプレート1は、縦50mm、横50mm、厚み0.2mmの高配向性グラファイトの加圧積層品を使用した。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使用し、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(Ra=3.6μm)。樹脂層としては、縮合性高分子としてポリオキソジアゾールを含んだ熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂を使用した。添加剤を加えた溶液中にグラファイトプレート1をディッピングし、180℃・30分硬化することで樹脂層を形成する。樹脂層厚さを8μm、熱硬化性樹脂の長径1.0μm、高さ1.5μm、表面粗さがRa=4.8μm(粗化率33%)のグラファイト構造体を作製した。
(Example 1)
The graphite structure according to Example 1 was manufactured as follows.
As the graphite plate 1, a pressure laminated product of highly oriented graphite having a length of 50 mm, a width of 50 mm and a thickness of 0.2 mm was used. As a starting material, polyoxadiazole was used as a polymer film, and a plurality of layers were laminated and fired while controlling the applied pressure to obtain a graphitized graphite plate (Ra = 3.6 μm). For the resin layer, a thermoplastic resin containing polyoxodiazole as a condensable polymer and a phenol resin as a thermosetting resin were used. The graphite plate 1 is dipped in a solution containing an additive and cured at 180 ° C. for 30 minutes to form a resin layer. A graphite structure having a resin layer thickness of 8 μm, a thermosetting resin major axis 1.0 μm, a height 1.5 μm, and a surface roughness Ra = 4.8 μm (roughening rate 33%) was prepared.

また、熱伝導性評価用のヒートシンクは、フィンベースに□50mm、厚み5mm、溝は深さ2mm、本数8本、ピッチ4mmのアルミニウム製ベースを用いた。また、かしめ時には、15tの加圧力でグラファイト構造体に0.06mmアルミニウムを圧入しグラファイトヒートシンクを作製した。   As the heat sink for evaluating thermal conductivity, an aluminum base having a fin base of 50 mm, a thickness of 5 mm, grooves of 2 mm, a number of 8 and a pitch of 4 mm was used. Further, at the time of crimping, 0.06 mm aluminum was pressed into the graphite structure with a pressure of 15 t to produce a graphite heat sink.

(実施例2)
実施例2では、樹脂層の厚さ5μm、熱硬化性樹脂の長径0.5μm、高さ0.5μm、表面粗さがRa=4.3μm(粗化率20%)の製造条件とした以外は実施例1と同様にしてグラファイト構造体を作製した。
(Example 2)
In Example 2, except that the manufacturing conditions were such that the thickness of the resin layer was 5 μm, the major axis of the thermosetting resin was 0.5 μm, the height was 0.5 μm, and the surface roughness was Ra = 4.3 μm (roughening rate 20%). A graphite structure was prepared in the same manner as in Example 1.

(実施例3)
実施例3として、樹脂層の厚さ10μm、熱硬化性樹脂の長径1.5μm、高さ2.0μm、表面粗さがRa=5.0μm(粗化率40%)の製造条件とした以外は実施例1と同様にしてグラファイト構造体を作製した。
(Example 3)
As Example 3, except that the manufacturing conditions were as follows: resin layer thickness 10 μm, thermosetting resin major axis 1.5 μm, height 2.0 μm, surface roughness Ra = 5.0 μm (roughening rate 40%). A graphite structure was prepared in the same manner as in Example 1.

(比較例1)
比較例1として、縮合性高分子としてポリエステルを使用して作製した樹脂層によってグラファイトプレートを被覆する製造条件とした以外は実施例1と同様にしてグラファイト構造体を作製した。
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, a graphite structure was produced in the same manner as in Example 1 except that the graphite plate was covered with a resin layer produced by using polyester as the condensable polymer.

(比較例2)
比較例2として、樹脂層の厚さ3μm、熱硬化性樹脂の長径0.4μm、高さ0.3μm、表面粗さがRa=4.1μm(粗化率15%)の製造条件とした以外は実施例1と同様にしてグラファイト構造体を作製した。
(Comparative example 2)
As Comparative Example 2, except that the manufacturing conditions were such that the thickness of the resin layer was 3 μm, the major axis of the thermosetting resin was 0.4 μm, the height was 0.3 μm, and the surface roughness was Ra = 4.1 μm (roughening rate 15%). A graphite structure was prepared in the same manner as in Example 1.

(比較例3)
比較例3として、樹脂層の厚さ15μm、熱硬化性樹脂の長径1.8μm、高さ2.4μm、表面粗さがRa=5.2μm(粗化率45%)の製造条件とした以外は実施例1と同様にしてグラファイト構造体を作製した。
(Comparative example 3)
As Comparative Example 3, except that the resin layer thickness was 15 μm, the thermosetting resin major axis was 1.8 μm, the height was 2.4 μm, and the surface roughness was Ra = 5.2 μm (roughening rate 45%). A graphite structure was prepared in the same manner as in Example 1.

<評価方法>
実施例および比較例で作製したサンプルは、グラファイト―樹脂層界面の密着性試験およびヒートシンク化した際の熱伝導性評価試験を行った。
<Evaluation method>
The samples prepared in Examples and Comparative Examples were subjected to an adhesion test at the graphite-resin layer interface and a thermal conductivity evaluation test when used as a heat sink.

(密着性試験)
グラファイト構造体の表面全面にテープを貼り、90度の角度で垂直方向に1mm/sの速度で剥がしとる方法で、その際の剥離面を評価した。剥離面がグラファイトであれば○、樹脂層のみが剥離した場合を×とした。
(Adhesion test)
A tape was attached to the entire surface of the graphite structure, and the graphite surface was peeled off at a speed of 1 mm / s in the vertical direction at an angle of 90 degrees, and the peeled surface at that time was evaluated. When the peeling surface was graphite, it was evaluated as ◯, and when only the resin layer was peeled, as ×.

(熱伝導性評価試験)
図2は、実施の形態1、実施例及び比較例における熱伝導性評価試験のTEG模式図である。なお、図面において、便宜上、グラファイトフィン102のフィンベース103への圧入方向を−z軸方向として示している。また、フィンベース103の延在方向をx軸方向としている。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構造体をフィンとして作製したグラファイトヒートシンクの中央直下に測温部108(□10mm、t5mm、銅製)、ヒータ110(□10mm、t1mm、セラミック製)にグリス107を0.3mm塗布して接着し、直上には□50mmサイズのファン109(型番UDQF56C11CET(Panasonic))を設置して、ヒーターおよびファンを入力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。
(Thermal conductivity evaluation test)
FIG. 2 is a TEG schematic diagram of the thermal conductivity evaluation test in the first embodiment, the example, and the comparative example. In the drawings, for convenience, the press-fitting direction of the graphite fin 102 into the fin base 103 is shown as the −z axis direction. Further, the extending direction of the fin base 103 is the x-axis direction. In the evaluation in the forced cooling environment, a temperature measuring unit 108 (□ 10 mm, t5 mm, made of copper), a heater 110 (□ 10 mm, directly below the center of the graphite heat sink manufactured by using the graphite structure described in the above-mentioned Examples and Comparative Examples as a fin. 0.3 mm of grease 107 is applied to and adhered to t1 mm, made of ceramic), and a fan 109 (model number UDQF56C11CET (Panasonic)) having a size of □ 50 mm is installed directly above the heater and fan when operating at 11 V input. The temperature at the boundary between the heater and the heat sink was measured and evaluated.

また、評価基準としては、従来の樹脂層のないグラファイトプレートをフィンとしたグラファイトヒートシンクに対し、測定部の温度が低いものを○、高いものを×とした。 In addition, as the evaluation criteria, the graphite heat sink having a fin made of a graphite plate without a resin layer in the related art was evaluated as ◯ when the temperature of the measurement portion was low, and as x when it was high.

実施例及び比較例における条件を表1に示す。

Figure 2020072219
The conditions in Examples and Comparative Examples are shown in Table 1.
Figure 2020072219

また、実施例及び比較例における評価結果を表2に示す。   Table 2 shows the evaluation results of the examples and comparative examples.

Figure 2020072219
Figure 2020072219

表1及び表2によれば、実施例1では、グラファイトプレートに対し、樹脂層として、縮合性高分子にポリオキサジアゾール、熱硬化性樹脂にフェノールを用いた。実施例1で得られたグラファイト構造体は、樹脂層厚さを8μm、熱硬化性樹脂の長径1.0μm、高さ1.5μm、表面粗さがRa=4.8μm(粗化率33%)であった。このグラファイト構造体においては、グラファイトと樹脂層との界面にて化学結合による十分な密着性を示した。さらに、放熱効果についても、樹脂層のないグラファイトプレートを用いたものに対し、表面積の拡大による強制空冷効果の増大により、測定部の温度が1℃以上低下していることから、十分な放熱性を発揮していることがわかる。また、実施例2,3で得られたグラファイト構造体は、樹脂層の厚さが5〜10μm、熱硬化性樹脂の長径0.5〜1.5μm、高さ0.5〜2.0μm、表面粗さがRa=4.3μm(粗化率20%)〜5.0μm(粗化率40%)の範囲であった。これらのグラファイト構造体においても、界面における十分な密着性と、樹脂層のないグラファイトプレートに対し、十分な放熱効果を持つことがわかる。   According to Table 1 and Table 2, in Example 1, with respect to the graphite plate, polyoxadiazole was used as the condensable polymer and phenol was used as the thermosetting resin as the resin layer. The graphite structure obtained in Example 1 had a resin layer thickness of 8 μm, thermosetting resin major axis 1.0 μm, height 1.5 μm, and surface roughness Ra = 4.8 μm (roughening rate 33%). )Met. In this graphite structure, sufficient adhesion due to a chemical bond was exhibited at the interface between the graphite and the resin layer. As for the heat dissipation effect, the temperature of the measurement part has dropped by 1 ° C or more due to the increase of the forced air cooling effect due to the increase of the surface area compared to the one using the graphite plate without the resin layer. You can see that it is exerting. In the graphite structures obtained in Examples 2 and 3, the resin layer has a thickness of 5 to 10 μm, the thermosetting resin has a major axis of 0.5 to 1.5 μm, and a height of 0.5 to 2.0 μm. The surface roughness was Ra = 4.3 μm (roughening rate 20%) to 5.0 μm (roughening rate 40%). It can be seen that these graphite structures also have sufficient adhesiveness at the interface and a sufficient heat dissipation effect for the graphite plate without the resin layer.

一方、比較例1に示すとおり、縮合性高分子のなかでも六員環を持たないポリエステルを用いた場合は、グラファイトとの密着性が悪く、内部に空気を含んでしまうため放熱効果も期待できない。また、比較例2に示すとおり、樹脂層の厚さが薄すぎると、密着性が悪く、表面積の拡大量も小さいため、十分な放熱効果が得られない。さらに、比較例3に示すとおり、樹脂層の厚さが厚すぎると、樹脂による断熱効果が大きくなるため、むしろ放熱性は著しく悪化する。   On the other hand, as shown in Comparative Example 1, when a polyester having no six-membered ring is used among the condensable polymers, the adhesion with graphite is poor, and the heat dissipation effect cannot be expected because air is contained inside. .. Further, as shown in Comparative Example 2, when the resin layer is too thin, the adhesion is poor and the amount of surface area expansion is small, so a sufficient heat dissipation effect cannot be obtained. Furthermore, as shown in Comparative Example 3, if the resin layer is too thick, the heat insulating effect of the resin is increased, and the heat dissipation is rather deteriorated.

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 appropriate combination of any of the various embodiments and / or examples described above, and each of the embodiments and / or The effects of the embodiment can be achieved.

本発明に係るグラファイト構造体によれば、産業機器および車載分野における発熱部の放熱用途に適用できる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The graphite structure according to the present invention can be applied to heat dissipation of heat generating parts in industrial equipment and in-vehicle fields.

1 グラファイトプレート
2 樹脂層
3 熱硬化性樹脂の長径
4 熱硬化性樹脂の高さ
5 樹脂層の厚さ
10 グラファイト構造体
201 熱硬化性樹脂
202 縮合性高分子を含む熱可塑性樹脂層
101 グラファイトヒートシンク
102 グラファイトフィン
103 フィンベース
104 金属圧入部
105 かしめ溝
106 金属圧入量
107 グリス
108 測温部(熱電対)
109 ファン
110 ヒータ
111 支え板
1 Graphite Plate 2 Resin Layer 3 Long Diameter of Thermosetting Resin 4 Height of Thermosetting Resin 5 Thickness of Resin Layer 10 Graphite Structure 201 Thermosetting Resin 202 Thermoplastic Resin Layer 101 Condensable Polymer 101 Graphite Heat Sink 102 Graphite fin 103 Fin base 104 Metal press-fitting part 105 Caulking groove 106 Metal press-fitting amount 107 Grease 108 Temperature measuring part (thermocouple)
109 fan 110 heater 111 support plate

Claims (8)

グラファイトプレートと、
前記グラファイトプレートの表面に設けられ、少なくとも1種類以上の縮合性高分子を含む熱可塑性樹脂と、少なくとも1種類以上の熱硬化性樹脂と、を有する樹脂層と、
を備え、
前記樹脂層は、硬化した前記熱硬化性樹脂が分散されており、前記縮合性高分子を含んだ熱可塑性樹脂が前記熱硬化性樹脂の周囲を覆うように連続的に前記グラファイトプレートの表面と密着している、グラファイト構造体。
Graphite plate,
A resin layer that is provided on the surface of the graphite plate and that includes at least one type of thermoplastic resin containing a condensable polymer and at least one type of thermosetting resin;
Equipped with
In the resin layer, the cured thermosetting resin is dispersed, and the thermoplastic resin containing the condensable polymer continuously covers the surface of the graphite plate so as to cover the periphery of the thermosetting resin. A graphite structure that is in close contact.
前記グラファイトプレートは、面方向の熱伝導率が1000W/m・K以上、厚み方向の熱伝導率が10W/m・K以下であることを特徴とする請求項1に記載のグラファイト構造体。   The graphite structure according to claim 1, wherein the graphite plate has a thermal conductivity in the plane direction of 1000 W / m · K or more and a thermal conductivity in the thickness direction of 10 W / m · K or less. 前記縮合性高分子は、六員環を有する、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種類からなることを特徴とする請求項1又は2に記載のグラファイト構造体。   The condensable polymer has a 6-membered ring, polyoxadiazole, polybenzothiazole, polybenzobisthiazole, polybenzoxazole, polybenzobisoxazole, polypyromellitimide, aromatic polyamide, polyphenylenebenzimidazole. The graphite structure according to claim 1 or 2, wherein the graphite structure is made of at least one selected from the group consisting of polyphenylene benzobisimidazole, polythiazole, and polyparaphenylene vinylene. 前記熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、熱硬化性ポリイミドからなるグループの少なくとも1種類からなることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のグラファイト構造体。   4. The thermosetting resin comprises at least one selected from the group consisting of phenol resin, epoxy resin, melamine resin, urea resin, unsaturated polyester resin, alkyd resin, and thermosetting polyimide. The graphite structure according to any one of 1. 前記熱硬化性樹脂は、長径0.5〜1.5μm、高さが0.5〜2.0μmで、島状に硬化していることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のグラファイト構造体。   5. The thermosetting resin has a major axis of 0.5 to 1.5 μm, a height of 0.5 to 2.0 μm, and is cured in an island shape. The graphite structure according to 1. 前記樹脂層は、前記グラファイトプレートの表面に密着する側の表面粗さが、前記グラファイトプレートの表面の粗さに対し、20〜40%粗くなる表面を有すること特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のグラファイト構造体。   6. The resin layer has a surface having a surface roughness that is 20 to 40% rougher than that of the surface of the graphite plate, the surface roughness being close to the surface of the graphite plate. The graphite structure according to any one of items. 前記樹脂層は、厚みが5〜10μmであることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のグラファイト構造体。   The graphite structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the resin layer has a thickness of 5 to 10 µm. 請求項1から7のいずれか一項に記載のグラファイト構造体をフィンとして用いたグラファイトヒートシンク。   A graphite heat sink using the graphite structure according to any one of claims 1 to 7 as a fin.
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