説明

熱伝導部材および熱伝導部材を有する電子機器

【課題】 グラファイトシートの電気絶縁性を確保しながらその厚みを薄く形成することができる熱伝導部材および熱伝導部材を有する電子機器を提供すること。
【解決手段】 発熱素子に密着して配置され、発熱素子が動作時に発生する熱を冷却部側へ伝達するための熱伝導部材100であり、グラファイトシート200と、グラファイトシート200の表面に形成された電気絶縁性のダイヤモンドライクカーボン薄膜300を有する。

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば電子機器の内部に配置されている発熱素子に密着して配置され、発熱素子が動作時に発生する熱を冷却部側へ伝達するための熱伝導部材および熱伝導部材を有する電子機器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電子機器は、たとえばノート型コンピュータのように小型化が益々進んでおり、電子機器が小型化するに連れて電子機器の筐体の外部に熱が拡散されない限り電子機器の筐体内の熱が筐体内部にこもってしまい、電子機器の性能に悪影響を与えたり筐体表面の温度が上昇してしまうことがある。このように筐体表面の温度が上昇すると、局部的に温度の高いヒートスポット等が生じてしまうことがある。
【0003】この対策として、筐体の内部に配置されている発熱素子の一種であるたとえばCPU(中央処理装置)等から熱伝導性のシートを介してアルミニウム等で作られたヒートシンクに熱を伝え、ファン等により放熱する試みがある。このように、発熱素子からの熱を伝導する場合には熱伝導性のシートとしてはグラファイトシートを用いるのが好ましい。このグラファイトシートは密度が1g/cm3であり、銅の密度8.9g/cm3やアルミニウムの密度2.7g/cm3と比べて非常に軽く、さらにグラファイトシートは可撓性があるので曲げたりあるいは回路基板上に沿わせたりするような設定が容易に行える。このためCPUの熱はこのグラファイトシートで受け取り、金属等の面積の大きい放熱部までグラファイトシートを延長することで放熱を行っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、グラファイトシートは導電性を有しているので、使用中にグラファイトシートが一部剥がれ落ちて回路基板上に接触すると、回路基板上で電気的なショートを起こす可能性がある。この対策としては、従来グラファイトシートの片面または両面を電気絶縁性のPET(ポリエチレンテレフタレート)やPP(ポリプロピレン)等のプラスチックフィルムを用いて被覆するようにしている。しかしこの場合にはたとえば100μmの厚みのグラファイトシートに対して、電気絶縁性を確保するためにそのラミネートされたプラスチックフィルムの厚さは粘着材の層も含めて最低50μmは必要であり、グラファイトシートの両面に対してプラスチックフィルムをラミネートすると合計で100μmのラミネート層の厚みとなってしまう。このことから絶縁のためにラミネートしたグラファイトシートの総合の厚みは200μmとなり、グラファイトシートの単独の厚みに比べて2倍になってしまうという欠点がある。そしてラミネートしたプラスチックフィルムの熱伝導率はたとえば10-1W/m・K位であるために、プラスチックフィルムはグラファイトシートを保護することはできるけれども、グラファイトシートからの熱が垂直方向では伝わりにくいという欠点も生じる。
【0005】この点を改善するために、本発明者等は鋭意研究を重ねた結果、グラファイトシートにダイヤモンドライクカーボンの薄膜あるいはダイヤモンド薄膜を薄くコーティングすると、グラファイトシートの電気絶縁性が得られ、かつ熱伝導率のよいグラファイトシートが得られることを見出した。そこで本発明は上記課題を解消し、グラファイトシートの電気絶縁性を確保しながらその厚みを薄く形成することができる熱伝導部材および熱伝導部材を有する電子機器を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、発熱素子に密着して配置され、前記発熱素子が動作時に発生する熱を冷却部側へ伝達するための熱伝導部材であり、グラファイトシートと、前記グラファイトシートの表面に形成された電気絶縁性のダイヤモンドライクカーボン薄膜と、を有することを特徴とする熱伝導部材である。請求項1では、グラファイトシートの表面には電気絶縁性のダイヤモンドライクカーボンの薄膜が形成されている。これにより、ダイヤモンドライクカーボンの薄膜が形成されたグラファイトシートを、発熱素子に密着して配置して、発熱素子が動作時に発生する熱はこのグラファイトシートを介して冷却部側に効率よく伝達することができる。しかもダイヤモンドライクカーボンの薄膜はたとえば1μm〜5μm程度の厚みを形成すればグラファイトシートの電気絶縁性が得られることから、熱伝導部材の総合の厚みを薄くできるメリットもある。
【0007】請求項2の発明は、発熱素子に密着して配置され、前記発熱素子が動作時に発生する熱を冷却部側へ伝達するための熱伝導部材であり、グラファイトシートと、前記グラファイトシートの表面に形成された電気絶縁性のダイヤモンド薄膜と、を有することを特徴とする熱伝導部材である。請求項2では、グラファイトシートの表面には電気絶縁性のダイヤモンド薄膜が形成されている。これにより、ダイヤモンド薄膜が形成されたグラファイトシートを、発熱素子に密着して配置して、発熱素子が動作時に発生する熱はこのグラファイトシートを介して冷却部側に効率よく伝達することができる。しかもダイヤモンド薄膜はたとえば1μm〜5μm程度の厚みを形成すればグラファイトシートの電気絶縁性が得られることから、熱伝導部材の総合の厚みを薄くできるメリットもある。
【0008】請求項3の発明は、発熱素子に密着して配置され、前記発熱素子が動作時に発生する熱を冷却部側へ伝達するための熱伝導部材を有する電子機器であり、前記熱伝導部材は、グラファイトシートと、前記グラファイトシートの表面に形成された電気絶縁性のダイヤモンドライクカーボン薄膜と、を有することを特徴とする熱伝導部材を有する電子機器である。請求項3では、グラファイトシートの表面には電気絶縁性のダイヤモンドライクカーボンの薄膜が形成されている。これにより、ダイヤモンドライクカーボンの薄膜が形成されたグラファイトシートを、発熱素子に密着して配置して、発熱素子が動作時に発生する熱はこのグラファイトシートを介して冷却部側に効率よく伝達することができる。しかもダイヤモンドライクカーボンの薄膜はたとえば1μm〜5μm程度の厚みを形成すればグラファイトシートの電気絶縁性が得られることから、熱伝導部材の総合の厚みを薄くできるメリットもある。
【0009】請求項4の発明は、発熱素子に密着して配置され、前記発熱素子が動作時に発生する熱を冷却部側へ伝達するための熱伝導部材を有する電子機器であり、前記熱伝導部材は、グラファイトシートと、前記グラファイトシートの表面に形成された電気絶縁性のダイヤモンド薄膜と、を有することを特徴とする熱伝導部材を有する電子機器である。請求項4では、グラファイトシートの表面には電気絶縁性のダイヤモンド薄膜が形成されている。これにより、ダイヤモンド薄膜が形成されたグラファイトシートを、発熱素子に密着して配置して、発熱素子が動作時に発生する熱はこのグラファイトシートを介して冷却部側に効率よく伝達することができる。しかもダイヤモンド薄膜はたとえば1μm〜5μm程度の厚みを形成すればグラファイトシートの電気絶縁性が得られることから、熱伝導部材の総合の厚みを薄くできるメリットもある。
【0010】請求項5の発明は、請求項3に記載の熱伝導部材を有する電子機器において、前記冷却部は、前記熱伝導部材に配置された放熱部材と、前記放熱部材を強制的に冷却するファンを有する。請求項5では、冷却部の放熱部材は熱伝導部材に配置されている。冷却部のファンはこの放熱部材を強制的に冷却することにより、発熱素子から熱伝導部材を介して伝導されてくる熱を効率よく放熱できる。
【0011】請求項6の発明は、請求項4に記載の熱伝導部材を有する電子機器において、前記冷却部は、前記熱伝導部材に配置された放熱部材と、前記放熱部材を強制的に冷却するファンを有する。請求項6では、冷却部の放熱部材は熱伝導部材に配置されている。冷却部のファンはこの放熱部材を強制的に冷却することにより、発熱素子から熱伝導部材を介して伝導されてくる熱を効率よく放熱できる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【0013】図1は、本発明の熱伝導部材を有する電子機器の一例を示している。この電子機器は、携帯型のいわゆるノート型のコンピュータである。コンピュータ1は、表示部2と本体3を有しており、表示部2は本体3に対して連結部4により開閉可能に支持されている。本体3は、キーボード5、筐体12、放熱装置10等を有している。
【0014】図2は、図1のA−Aにおける断面構造例を示している。図2において、筐体12の内部空間には、回路基板20、放熱装置10、発熱素子15等が収容されている。回路基板20は筐体12の中に固定されており、回路基板20は発熱素子15を搭載している。発熱素子15は、たとえばドライバIC(集積回路)やCPU(中央処理装置)等である。これらの発熱素子15は、動作時に熱を発生する。
【0015】放熱装置10は、熱伝導部材100、ヒートシンク110、および放熱ファン120を有している。熱伝導部材100の一端部には発熱素子15が密着して固定されている。熱伝導部材100の他端部にはヒートシンク110が熱的に結合して配置されている。ヒートシンク110は、放熱性に優れたアルミニウム等の金属により作られたものであり、放熱用の複数のフィン114を有している。
【0016】熱伝導部材100のたとえば部分Jと部分Kは、図3に示すような積層構造を有している。熱伝導部材100は、コア材であるグラファイトシート200と、このグラファイトシート200の表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン薄膜(DLC)300から構成されている。この熱伝導部材100は発熱素子15の表面に対して、たとえば接着剤により密着して固定されている。グラファイトシート200は、たとえば熱伝導率が600〜800W/K・mであり、熱の運搬に適している材質である。このグラファイトシート200の厚みWはたとえば100μmである。
【0017】ダイヤモンドライクカーボン薄膜300は、グラファイトシート200の表面に形成されている。このダイヤモンドライクカーボン薄膜300の厚みW1は、たとえば1μm〜5μmであり、より好ましくは2μm〜4μmである。このダイヤモンドライクカーボン薄膜300の厚みW1が1μmよりも小さいと、絶縁が不良になるなどの点で好ましくない。またダイヤモンドライクカーボン薄膜300の厚みが5μmよりも厚いとグラファイトシートが硬くなり、可撓性がなくなり、また剥離しやすくなるなどの点で好ましくない。このようにグラファイトシート200の表面にダイヤモンドライクカーボン薄膜300を形成することにより、図3R>3に示す熱伝導部材100の総合の厚みW2は最大でも110μmであり、この総合の厚みW2は、グラファイトシート200の厚みWに比べて1割増えるだけである。従って、熱伝導部材100を含む放熱装置10のサイズはそれ程大きくならず、電子機器のサイズも大きくならず小型化や薄型化を図ることができる。熱伝導率を有するグラファイトシートとしては、たとえば松下電工株式会社製のグラファイトシート(熱伝導率600〜800W/m・K)などがあり、可撓性があり柔軟性を有する。このグラファイトシートは必要に応じて適切な大きさに切って使用したり、あらかじめ必要な大きさに形成しておくことができる。
【0018】ダイヤモンドライクカーボン薄膜をグラファイトシートにコーティングする方法は、スパッター法、RF(RADIO FREQUENCY(高周波))、プラズマCVD(CHEMICAL VAPOR DIPOSITION(化学気相合成)法、DC(DIRECT CURRENT(直流)プラズマCVD法、マイクロ波プラズマCVD法、レーザーアブレーション法など様々な方法が採用できる。この場合、原料としてはスパッター法の場合はカーボンターゲット、RFプラズマCVD法やマイクロ波プラズマCVD法ではメタン、エチレンなどの炭化水素系ガス、ベンゼン、トルエンなどの芳香族系炭化水素、メタノール、エタノールなどのアルコール系炭化水素などを主原料として用い、それらにさらに水素を反応性ガスとして混合しても良く、またキャリアーガスとしてアルゴンなどを混合しても良い。以上述べた例ではダイヤモンドライクカーボン膜の組成は炭素と水素よりなる。反応性の原料ガスとしてさらに窒素を混合しても良く、この場合ダイヤモンドライクカーボン膜の組成は炭素、水素及び窒素からなる。保護膜の特性としてはいずれも同等の性能を示す。
【0019】本発明の実施の形態においては、図3に示すようにグラファイトシート200に対してダイヤモンドライクカーボン薄膜300を形成するのに代えて、グラファイトシート200の表面にダイヤモンド薄膜300を形成するようにしてもよい。この場合には、次の要領でダイヤモンド薄膜を形成することができる。グラファイトシートは耐熱性があるためその表面に1000℃位でダイヤモンドを形成することも可能である。この場合ダイヤモンド膜の内部応力が高いのであまり厚くは出来ずダイヤモンド膜の厚みは2μm位が限界である。製法としてはRFプラズマCVD法、DCプラズマCVD法、マイクロ波プラズマCVD法、レーザーアブレーション法などがあげられる。原料としてはRFプラズマCVD法、DCプラズマCVD法、マイクロ波プラズマCVD法ではメタン、エチレンなどの炭化水素系ガス、ベンゼン、トルエンなどの芳香族系炭化水素、メタノール、エタノールなどのアルコール系炭化水素などを主原料として用い、それらにさらに水素を反応性ガスとして混合する。反応ガスの組成比は炭化水素1−2%に対して水素が99−98%である。ダイヤモンド膜やDLC膜のように熱伝導率のよい膜を用いると、発熱体とグラファイトとの間に例えば放熱シートなどを介在させることなく、熱抵抗を減少させることが出来る。
【0020】グラファイトシートに対して絶縁膜であるダイヤモンドライクカーボン薄膜やダイヤモンド薄膜を形成する場合には、たとえばあるサイズの大きさのグラファイトシートに直接成膜した後に、このコーティングしたグラファイトシートを適切な大きさに切ってもよい。あるいはあらかじめ適切な大きさに切ったグラファイトシートに対して絶縁膜をコーティングするようにしてもよい。なお、ダイヤモンドライクカーボン薄膜やダイヤモンド薄膜の電気絶縁性は、抵抗値を測る等により簡単に測ることができる。
【0021】図2に示すように、発熱素子15が発生した熱は、熱伝導部材100を通じてヒートシンク110に熱伝導される。ヒートシンク110のフィン114が放熱状態にあるが、放熱ファン120が中心軸CLを中心として回転することにより、矢印F1からF2に沿って、ヒートシンク110のフィン114が放熱している熱を効率よく筐体12の開口部13から外部に放出することができる。
【0022】図4は、グラファイトシートの表面にコーティングしたダイヤモンドライクカーボン薄膜やダイヤモンド薄膜のラマンスペクトルの例を示している。グラファイトシートは層状構造を有しており、ダイヤモンド薄膜は結晶構造を有している。図5はダイヤモンドライクカーボン(DLC、ダイヤモンド状薄膜)のラマンスペクトルの例を示しており、ダイヤモンドライクカーボンはアモルファス構造を有している。ダイヤモンドライクカーボン薄膜とダイヤモンド薄膜の判別は、ラマンスペクトルや、X線解析赤外分光等で容易に検出できる。図4において、グラファイトは1588cm-1にピークがあり、ダイヤモンドは1333cm-1に鋭いピークがある。図5に示すダイヤモンドライクカーボンは、グラファイトのピークとダイヤモンドのピークを重ね合わせたような幅の広いピークとして検出することができる。
【0023】ところで本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明における電子機器は、携帯型のコンピュータに限らず、携帯情報端末や、オーディオ機器、携帯電話等も含んでいる。また図2に示す放熱装置10の構造はこれに限らず他の構造を採用することも勿論できる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、グラファイトシートの電気絶縁性を確保しながらその厚みを薄く形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の熱伝導部材を有する電子機器の一例を示す斜視図。
【図2】図1の電子機器のA−Aにおける断面構造例を示す図。
【図3】図2の発熱素子と熱伝導部材の一部分を示す断面図。
【図4】グラファイトとダイヤモンドのラマンスペクトルの例を示す図。
【図5】ダイヤモンドライクカーボンのラマンスペクトルの例を示す図。
【符号の説明】
1・・・コンピュータ(電子機器)、10・・・放熱装置、12・・・筐体、100・・・熱伝導部材、200・・・グラファイトシート、300・・・ダイヤモンドライクカーボン薄膜

【特許請求の範囲】
【請求項1】 発熱素子に密着して配置され、前記発熱素子が動作時に発生する熱を冷却部側へ伝達するための熱伝導部材であり、グラファイトシートと、前記グラファイトシートの表面に形成された電気絶縁性のダイヤモンドライクカーボン薄膜と、を有することを特徴とする熱伝導部材。
【請求項2】 発熱素子に密着して配置され、前記発熱素子が動作時に発生する熱を冷却部側へ伝達するための熱伝導部材であり、グラファイトシートと、前記グラファイトシートの表面に形成された電気絶縁性のダイヤモンド薄膜と、を有することを特徴とする熱伝導部材。
【請求項3】 発熱素子に密着して配置され、前記発熱素子が動作時に発生する熱を冷却部側へ伝達するための熱伝導部材を有する電子機器であり、前記熱伝導部材は、グラファイトシートと、前記グラファイトシートの表面に形成された電気絶縁性のダイヤモンドライクカーボン薄膜と、を有することを特徴とする熱伝導部材を有する電子機器。
【請求項4】 発熱素子に密着して配置され、前記発熱素子が動作時に発生する熱を冷却部側へ伝達するための熱伝導部材を有する電子機器であり、前記熱伝導部材は、グラファイトシートと、前記グラファイトシートの表面に形成された電気絶縁性のダイヤモンド薄膜と、を有することを特徴とする熱伝導部材を有する電子機器。
【請求項5】 前記冷却部は、前記熱伝導部材に配置された放熱部材と、前記放熱部材を強制的に冷却するファンを有する請求項3に記載の熱伝導部材を有する電子機器。
【請求項6】 前記冷却部は、前記熱伝導部材に配置された放熱部材と、前記放熱部材を強制的に冷却するファンを有する請求項4に記載の熱伝導部材を有する電子機器。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2003−8263(P2003−8263A)
【公開日】平成15年1月10日(2003.1.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2001−195125(P2001−195125)
【出願日】平成13年6月27日(2001.6.27)
【出願人】(000002185)ソニー株式会社 (34,172)
【出願人】(000010098)アルプス電気株式会社 (4,263)
【Fターム(参考)】