熱拡散部材
【課題】発熱体からの熱拡散の用途において、より好適に使用可能な熱拡散部材を提供する。
【解決手段】熱拡散部材１１は、発熱体上に設けられるグラファイトシート１２と、グラファイトシート１２を覆う保護層１３と、グラファイトシート１２上に設けられるコネクタ１４とを備えている。コネクタ１４は、弾性を有するとともにグラファイトシート１２に電気的に接触する導電部３２を備えている。導電部３２はグラファイトシート１２上に位置している。
【解決手段】熱拡散部材１１は、発熱体上に設けられるグラファイトシート１２と、グラファイトシート１２を覆う保護層１３と、グラファイトシート１２上に設けられるコネクタ１４とを備えている。コネクタ１４は、弾性を有するとともにグラファイトシート１２に電気的に接触する導電部３２を備えている。導電部３２はグラファイトシート１２上に位置している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路の集積回路等の発熱体から発生する熱の拡散に用いられる熱拡散部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
グラファイトシートはその表面に平行な方向、すなわち面内方向に沿って優れた熱伝導性を有しており、熱伝導材又は熱拡散材として用いられている。このグラファイトシートは高い導電性も有している。高い導電性を有する部材については、以下のことが知られている。即ち、高い導電性を有する部材は一般に、電磁波を受けてアンテナとして作用する。その結果、高い導電性を有する部材に電圧が発生してノイズが発生する。
【０００３】
そのため、発熱体としての、例えば電子回路の集積回路（ＩＣ）からの熱の拡散にグラファイトシートが用いられた場合、特定のＩＣから発生した電磁波を受けたグラファイトシートがノイズの発生源として作用し、電子回路が誤動作を起こすことがある。このようなノイズの発生は、導電性を有するグラファイトシートが電子回路から電気的に孤立している状態で起きる。このため、ノイズの発生を防止するために、グラファイトシートが電子回路のグランドに電気的に接続されている。
【０００４】
特許文献１には、図１５に示すように、電子回路の発熱体１１１上に設けられるグラファイトシート１１２と、該グラファイトシート１１２上に積層される金属層１１３とを備える積層体１１４が開示されている。この積層体１１４には、電気絶縁性を有するラミネート材１１５がラミネートされている。積層体１１４を電子回路のグランド１１６に電気的に接続するために、積層体１１４には、金属製のねじ等からなる導電部材１１７が設けられている。この導電部材１１７は、積層体１１４が発熱体１１１に取り付けられる際に、積層体１１４の上方から金属層１１３及びグラファイトシート１１２を貫通し、グランド１１６を有する電子回路基板１１８に取り付けられる。これにより、導電部材１１７はグラファイトシート１１２とグランド１１６とを電気的に接続する。ラミネート材１１５において発熱体１１１に対向する箇所は切り欠かれており、グラファイトシート１１２が露出している。グラファイトシート１１２において露出した箇所には、発熱体１１１に対向するシート状の熱伝導体１１９が設けられている。
【０００５】
グラファイトシートでは、該グラファイトシートの熱伝導性を高めるために黒鉛が高度に配向されている。グラファイトシートには黒鉛同士を繋ぐバインダーが含まれていなかったり、たとえバインダーがグラファイトシートに含まれていても該バインダーの含有量は微量であったりすることから、グラファイトシートは非常に脆い。そのため、特許文献１に記載されている積層体１１４には以下の問題があった。即ち、この積層体１１４では、導電部材１１７の基板１１８への取り付けの際にグラファイトシート１１２と金属層１１３との間に応力が加わってグラファイトシート１１２が破損し易い。破損したグラファイトシート１１２の破片は電子回路上に飛散し、該回路から電流がリークしたり該回路がショートしたりする。
【特許文献１】特開２００４−２３０６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、発熱体からの熱拡散の用途において、より好適に使用可能な熱拡散部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、発熱体上に設けられるグラファイトシートと、前記グラファイトシートを覆う保護層と、前記グラファイトシート上に設けられるコネクタとを備える熱拡散部材であって、前記コネクタは、弾性を有するとともに前記グラファイトシートに電気的に接触する導電部を備え、前記導電部はグラファイトシート上に位置している熱拡散部材を提供する。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記保護層は、前記グラファイトシート上に積層される金属層を備え、前記導電部は金属層上に位置しており、該金属層を介してグラファイトシートに電気的に接触している請求項１に記載の熱拡散部材を提供する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記金属層は、グラファイトシートにおいて少なくとも発熱体及び導電部に対応する箇所に設けられている請求項２に記載の熱拡散部材を提供する。
請求項４に記載の発明は、前記金属層は銅系金属から形成されている請求項２又は請求項３に記載の熱拡散部材を提供する。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、前記保護層は、グラファイトシート及び金属層を覆う樹脂層を更に備え、該樹脂層は電気絶縁性を有する請求項４に記載の熱拡散部材を提供する。
請求項６に記載の発明は、前記保護層は、グラファイトシートと、金属層の一部とを覆う樹脂層を更に備え、該樹脂層は電気絶縁性を有する請求項２又は請求項３に記載の熱拡散部材を提供する。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、前記発熱体は電子機器の筐体内に設けられ、前記保護層の少なくとも一部が前記筐体で構成されている請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の熱拡散部材を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、発熱体からの熱拡散の用途において、より好適に使用可能な熱拡散部材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１実施形態）
以下、本発明を熱拡散部材に具体化した第１実施形態を図１（ａ）〜図３に基づいて説明する。図２に示すように、電子機器の筐体５１内には樹脂製の電子回路基板５２が配置されており、該基板５２の表面には電子回路が形成されている。この電子回路には発熱体５３、例えばＩＣが接続されているとともに、該電子回路から延びるアース回路５４が形成されている。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、熱拡散部材１１はシート状に形成され、グラファイトシート１２と、該グラファイトシート１２全体を覆う保護層１３と、グラファイトシート１２上に配設されたコネクタ１４とを備えている。グラファイトシート１２では複数の黒鉛層が互いに積層されており、該シート１２は、その表面に平行な方向、即ち面内方向における良好な熱伝導率、具体的には２００〜１０００Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有している。そのため、グラファイトシート１２は、熱拡散部材１１が発熱体５３に取り付けられた際に該発熱体５３からグラファイトシート１２に伝導された熱を面内方向に沿って拡散させ、発熱体５３の過剰な温度上昇を抑制する。グラファイトシート１２の製法は特に限定されず、該シート１２は例えば天然黒鉛から製造されたり合成黒鉛から製造されたりする。
【００１５】
グラファイトシート１２の厚さは、好ましくは２５〜３００μｍであり、より好ましくは５０〜１５０μｍである。グラファイトシート１２の厚さが２５μｍ未満の場合、該グラファイトシート１２の熱拡散性が十分に発揮されないおそれがある。グラファイトシート１２の厚さが３００μｍを越えると、熱拡散部材１１が過剰に厚くなる。そのため、小型化及び薄型化が求められている電子機器に熱拡散部材１１を用いることができなくなるおそれがある。
【００１６】
保護層１３は、グラファイトシート１２上に積層される金属層２１と、グラファイトシート１２全体を覆う樹脂層２２とを備えている。金属層２１は、グラファイトシート１２においてコネクタ１４に対応する箇所に積層されており、グラファイトシート１２とコネクタ１４とを電気的に接続するとともにグラファイトシート１２を保護する。金属層２１の材質として、好ましくは低抵抗の金属が挙げられ、具体的にはアルミニウム系金属、銅系金属、及びステンレスが挙げられる。アルミニウム系金属としてアルミニウム単体及びアルミニウム合金が挙げられ、銅系金属として銅単体及び銅合金が挙げられる。本実施形態に係る金属層２１は銅系金属により形成されている。
【００１７】
金属層２１の厚さは、好ましくは１〜１００μｍであり、より好ましくは５〜５０μｍである。金属層２１の厚さが１μｍ未満の場合、該金属層２１が過剰に薄いことからグラファイトシート１２を例えば衝撃から十分に保護することができない。金属層２１の厚さが１００μｍを越えると、熱拡散部材１１が過剰に厚くなる。そのため、小型化及び薄型化が求められている電子機器に熱拡散部材１１を用いることができなくなるおそれがある。金属層２１の厚さを５〜５０μｍに設定することにより、グラファイトシート１２を十分に保護することができるとともに熱拡散部材１１を薄く形成することができる。
【００１８】
樹脂層２２は電気絶縁性を有する樹脂により形成されており、電気絶縁性を有している。電気絶縁性を有する樹脂として、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマー、及び熱硬化性ゴムが挙げられる。熱可塑性樹脂として、例えばポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアセタール樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレンアクリロニトリル共重合体、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリケトン樹脂、液晶ポリマー、シリコーン樹脂、アイオノマー樹脂、及びこれらの内の少なくとも２種の複合樹脂が挙げられる。
【００１９】
熱硬化性樹脂として、例えばポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、及びシリコーン樹脂が挙げられる。熱可塑性エラストマーとして、例えばスチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、フッ化系熱可塑性エラストマー、及びイオン架橋系熱可塑性エラストマーが挙げられる。熱硬化性ゴムとして、例えばシリコーンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、１，２−ポリブタジエン、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、フッ素ゴム、及びウレタンゴムが挙げられる。
【００２０】
本実施形態に係る樹脂層２２は、一対のシート状を有する第１樹脂層２２ａ及び第２樹脂層２２ｂから構成されており、グラファイトシート１２及び金属層２１は第１樹脂層２２ａ及び第２樹脂層２２ｂによって挟まれている。第１樹脂層２２ａは、熱拡散部材１１が発熱体５３に取り付けられた際に該発熱体５３上に位置する。即ち、発熱体５３から発生した熱は第１樹脂層２２ａを介してグラファイトシート１２に伝導される。そのため、第１樹脂層２２ａにおいて発熱体５３に対応する箇所の厚さは、好ましくは２〜５０μｍであり、より好ましくは５〜２５μｍである。第１樹脂層２２ａにおいて発熱体５３に対応する箇所の厚さが２μｍ未満の場合には、第１樹脂層２２ａがグラファイトシート１２を例えば衝撃から十分に保護することできなかったり、発熱体５３から第１樹脂層２２ａを介してグラファイトシートに電流が流れてリークしたりするおそれがある。第１樹脂層２２ａにおいて発熱体５３に対応する箇所の厚さが５０μｍを越えると、発熱体５３からグラファイトシート１２に熱が効率的に伝導されない。第１樹脂層２２ａにおいて発熱体５３に対応する箇所の厚さを５〜２５μｍの範囲に設定することにより、グラファイトシート１２を十分に保護することができるとともに発熱体５３からグラファイトシート１２に効率的に熱を伝導させることができる。
【００２１】
第１樹脂層２２ａにおいて発熱体５３に対応する箇所以外の箇所の厚さ、及び第２樹脂層２２ｂの厚さの下限は特に限定されず、例えば５０μｍでもよい。第１樹脂層２２ａにおいて発熱体５３に対応する箇所以外の箇所の厚さ、及び第２樹脂層２２ｂの厚さの上限は、好ましくは１５０μｍである。これらの上限が１５０μｍを超えると、各樹脂層２２ａ、２２ｂの製造コストが増加するおそれがある。更に、熱拡散部材１１が過剰に厚くなることから、小型化及び薄型化が求められている電子機器に熱拡散部材１１を用いることができなくなるおそれがある。
【００２２】
コネクタ１４は、グラファイトシート１２において前記アース回路５４に対応する箇所に配設されている。コネクタ１４は、円板状の本体３１と、該本体３１の中央に形成されている円柱状の導電部３２とを備えている。本体３１はゴム状弾性体で構成されており、該ゴム状弾性体に起因して弾性を有するとともに電気絶縁性を有している。コネクタ１４は、熱拡散部材１１が発熱体５３に取り付けられる際にアース回路５４に圧接される。
【００２３】
ゴム状弾性体の材質として、例えば、シリコーンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、１，２-ポリブタジエン、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、フッ化系熱可塑性エラストマー、及びイオン架橋系熱可塑性エラストマーが挙げられる。これらの中でも、優れた電気絶縁性及び耐候性を発揮することから、好ましくはシリコーンゴムである。
【００２４】
本体３１の外周面には、例えばその全周にわたって嵌合溝３３が形成されている。第１樹脂層２２ａにおいてコネクタ１４に対応する箇所には円孔２３が形成されており、該円孔２３に本体３１が嵌挿されているとともに前記嵌合溝３３に第１樹脂層２２ａが嵌合されている。この嵌合によって、コネクタ１４の熱拡散部材１１からの脱落が防止されている。本体３１のグラファイトシート１２に対向する表面およびアース回路５４に対向する表面において導電部３２に対応する箇所には、該導電部３２の外径よりも大きい外径を有する円板状の突部３４が形成されている。
【００２５】
導電部３２は本体３１を貫通しており、コネクタ１４がアース回路５４に圧接された際に、金属層２１を介してアース回路５４とグラファイトシート１２とを電気的に接続する。導電部３２の一対の端部は前記突部３４内に位置しており、導電部３２の一対の端面は本体３１から露出している。導電部３２の各端面において金属層２１に対向する端面は該金属層２１と接触している。図１（ｂ）に示すように、導電部３２は、前記ゴム状弾性体３５中に粒子状の磁性導電体３６の粒子が分散されて形成されている。本実施形態に係る導電部３２では、磁性導電体３６の粒子同士が互いに接触した状態で、本体３１の厚さ方向に連なって配向されている。
【００２６】
日本工業規格であるＪＩＳ Ｋ６２５３に従って測定されるゴム状弾性体３５の硬度は、好ましくはＡ１０〜８０であり、より好ましくはＡ３０〜５０である。ゴム状弾性体の硬度がＡ１０未満の場合には、コネクタ１４の機械的強度が低下して耐久性が悪化するおそれがある。これは、導電部３２を構成するゴム状弾性体３５の柔軟性が過剰に高いことから、コネクタ１４の繰り返しの使用に伴いゴム状弾性体３５中の磁性導電体３６の粒子が移動して該粒子の配向が乱れることによるものと推察される。ゴム状弾性体の硬度がＡ８０を超えると、コネクタ１４のアース回路５４への圧接に要する荷重が大きくなり、大きな加重によってグラファイトシート１２が破損するおそれがある。
【００２７】
磁性導電体３６の材質として、例えばニッケル、コバルド、及び鉄が挙げられる。また、磁性導電体３６として、表面に良好な導電性を発揮する金属がめっきされた、強磁性体からなる粒子が用いられてもよいし、表面に磁性及び導電性を有する層が被覆された、導電性を有する粒子が用いられてもよい。強磁性体として、例えばニッケル、コバルト、鉄、及びフェライトが挙げられる。これらの中でも、良好な導電性および常温（２５℃）で安定である金属、例えば金又は銀が表面にめっきされた強磁性体の粒子が好ましい。導電部３２の一対の端面の間の電気抵抗値は、好ましくは１Ω以下である。
【００２８】
熱拡散部材１１は、グラファイトシート１２を準備する工程と、該グラファイトシート１２上に金属層２１を積層する工程と、金属層２１上にコネクタ１４を配設するとともに各樹脂層２２ａ、２２ｂによってグラファイトシート１２を覆う工程とを経て製造される。
【００２９】
グラファイトシート１２上に金属層２１を積層する工程では、例えば金属層２１においてグラファイトシート１２に対向する表面に粘着層が積層された後に該粘着層によって金属層２１がグラファイトシート１２に貼付されたり、蒸着、スパッタリング等によってグラファイトシート１２上に金属層２１が直接形成されたりする。
【００３０】
金属層２１上にコネクタ１４を配設するとともに各樹脂層２２ａ、２２ｂによってグラファイトシート１２を覆う工程では、まずシート状の各樹脂層２２ａ、２２ｂが形成される。次いで、コネクタ１４が製造される。コネクタ１４は、該コネクタ１４の原料組成物を調製する工程、該原料組成物を型内に充填する工程、磁性導電体３６を配向させる工程、及びコネクタ１４を成形する工程を経て製造される。
【００３１】
コネクタ１４の原料組成物を調製する工程では、公知の方法により、ゴム状弾性体３５を形成する液状高分子と、磁性導電体３６とが適宜に混合されて原料組成物が調製される。原料組成物を型内に充填する工程では、調製された原料組成物が、非磁性体からなる型内に充填される。非磁性体として、例えばアルミニウムが挙げられる。この型は、コネクタ１４に対応するキャビティを有しているとともに、導電部３２に対応する個所に磁性体を備えている。この型内には、原料組成物の充填前に第１樹脂層２２ａが配置される。
【００３２】
磁性導電体３６を配向させる工程では、磁性体によって型内の原料組成物に磁場が印加される。このとき、型内に充填された原料組成物中の磁性導電体３６は、型内において磁性体に対応する個所、即ち導電部３２に対応する個所に集まるとともに配向される。図１（ｂ）に示すように、本実施形態では、磁性導電体３６の粒子同士が互いに接触した状態で、磁性導電体３６の粒子が本体３１の厚さ方向に沿って連なって配向される。コネクタ１４を成形する工程では、例えば加熱によって液状高分子を硬化させてゴム状弾性体３５を形成することによりコネクタ１４が成形される。このとき、液状高分子は、磁性導電体３６の配向が維持された状態で硬化される。また、型内に第１樹脂層２２ａが配置されていることから、該第１樹脂層２２ａが本体３１の嵌合溝３３に嵌合された状態でコネクタ１４が成形され、第１樹脂層２２ａとコネクタ１４とが一体に成形される。そのため、本実施形態に係る製造方法に用いられる第１樹脂層２２ａの材質は、低価格であるとともに十分な耐熱性を有することからポリエチレンテレフタレート樹脂が好ましく、または特に良好な耐熱性を有することからポリイミド樹脂が好ましい。
【００３３】
そして、コネクタ１４を有する第１樹脂層２２ａと、第２樹脂層２２ｂとによりグラファイトシート１２及び金属層２１が挟まれて熱拡散部材１１が形成される。このとき、グラファイトシート１２及び金属層２１の全体が樹脂層２２に覆われており、外部に露出していない。
【００３４】
熱拡散部材１１を発熱体５３に取り付ける際には、図２に示すように、例えば筐体５１において発熱体５３及びアース回路５４に対向する箇所に、粘着層５５を用いて熱拡散部材１１が貼付される。次いで、筐体５１と電子回路基板５２とを近接させることにより、熱拡散部材１１が発熱体５３及びアース回路５４上に載置される。このとき、図３に示すように、第１樹脂層２２ａが発熱体５３に対向するとともにコネクタ１４がアース回路５４に対向している。更に、コネクタ１４の導電部３２はアース回路５４に圧接し、グラファイトシート１２に向かって押圧される。そのため、導電部３２はアース回路５４及び金属層２１によって圧縮される。導電部３２の圧縮率は例えば１０〜３０％である。このとき、導電部３２の一対の端面はアース回路５４及び金属層２１に接触しており、グラファイトシート１２及びアース回路５４は、金属層２１及び導電部３２を介して電気的に接続される。
【００３５】
前記実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（１）本実施形態に係る熱拡散部材１１は、グラファイトシート１２と、ゴム状弾性体３５に起因する弾性を有する導電部３２とを備えている。導電部３２はグラファイトシート１２上に位置しており、該グラファイトシート１２を貫通したり導電部３２の一端部がグラファイトシート１２内に位置したりしていない。そのため、熱拡散部材１１が発熱体５３に取り付けられる際には導電部３２がグラファイトシート１２上で圧縮されるのみであることから、グラファイトシート１２に応力が加わって該グラファイトシート１２が破損することを防止することができる。更に、導電部３２の圧縮によって該導電部３２の一端面全体にわたって金属層２１及びアース回路５４と接触することができる。その結果、接触不良を防止して電気的接続を安定化させることができ、良好な導電性を得ることができる。
【００３６】
（２）本実施形態では、グラファイトシート１２は、コネクタ１４を介してアース回路５４に電気的に接続されている。そのため、グラファイトシート１２が電子回路基板５２の電子回路から孤立することを防止してグラファイトシート１２がノイズの発生源として作用することを防止することができる。
【００３７】
（３）本実施形態では、グラファイトシート１２と導電部３２との間に金属層２１が配置されている。そのため、グラファイトシート１２と導電部３２との電気的な接続を確実に行うことができるとともに、導電部３２のグラファイトシート１２への押圧によって該グラファイトシート１２が破損することをより確実に防止することができる。更に、金属層２１は良好な熱伝導性を有することから、金属層２１はグラファイトシート１２の熱拡散性を補助し、熱拡散部材１１の熱拡散性を高めることができる。
【００３８】
（４）本実施形態では、金属層２１は銅系金属により形成されている。銅系金属は優れた熱伝導性を有している。そのため、金属層２１はグラファイトシート１２の熱拡散性を効果的に補助し、熱拡散部材１１の熱拡散性をより高めることができる。
【００３９】
（５）本実施形態では、グラファイトシート１２及び金属層２１が樹脂層２２により覆われている。樹脂層２２は柔軟性及び電気絶縁性を有している。そのため、グラファイトシート１２がアース回路５４以外の部材と電気的に接続されたり、外方からの衝撃により破損したりすることを抑制することができる。また、例えば外方からの衝撃によりグラファイトシート１２が破損した場合には、該グラファイトシート１２の破片が熱拡散部材１１から脱落することを防止して該破片に起因する電子回路のショートを防止することができる。更に、金属層２１の外部への露出が樹脂層２２によって防止され、例えば筐体５１内の湿気による金属層２１の劣化を防止することができる。その結果、湿度によって劣化し易い銅系金属によって金属層２１を形成することができ、金属層２１の材質の選択の幅を広げることができる。
【００４０】
（６）本実施形態に係る熱拡散部材１１は、グラファイトシート１２とコネクタ１４とを備えている。そのため、コネクタが熱拡散部材の別体として構成されている場合に比べて発熱体５３への取り付けを容易に行うことができる。
【００４１】
（第２実施形態）
次に、本発明を熱拡散部材１１に具体化した第２実施形態を図４に基づいて説明する。第２実施形態では、第１実施形態との説明の重複を避けるために、第１実施形態と同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と同一の作用及び効果についてもその説明を省略する。
【００４２】
図４に示すように、本実施形態に係る保護層１３は、グラファイトシート１２上に積層される金属層４１と、樹脂層２２とを備えている。金属層４１はグラファイトシート１２全体にわたって積層されており、グラファイトシート１２とコネクタ１４とを電気的に接続するとともにグラファイトシート１２を保護する。本実施形態に係る金属層４１の材質および厚さは、第１実施形態に係る金属層２１と同じである。
【００４３】
前記実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（７）本実施形態に係る金属層４１はグラファイトシート１２全体にわたって積層されている。そのため、金属層４１の剛性に起因して、グラファイトシート１２の屈曲を抑制して該グラファイトシート１２の屈曲による破損を抑制することができる。更に、金属層４１の良好な熱伝導性に起因して、グラファイトシート１２の熱拡散性を効果的に補助して熱拡散部材１１の熱拡散性を高めることができる。
【００４４】
（第３実施形態）
次に、本発明を熱拡散部材１１に具体化した第３実施形態を図５に基づいて説明する。第３実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態との説明の重複を避けるために、第１実施形態及び第２実施形態と同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略し、第１実施形態及び第２実施形態と同一の作用及び効果についてもその説明を省略する。
【００４５】
図５に示すように、本実施形態に係る保護層１３は、金属層４１及び樹脂層２２を備えている。樹脂層２２は、一対のシート状を有する第１樹脂層４２及び第２樹脂層２２ｂから構成されている。第１樹脂層４２において前記発熱体５３に対応する箇所には貫通孔４３が形成されており、該貫通孔４３では金属層４１が露出している。即ち、樹脂層２２によって金属層４１の一部が覆われている。グラファイトシート１２は、金属層４１及び各樹脂層２２ｂ、４２によって覆われている。第１樹脂層４２の材質および発熱体５３に対応する箇所以外の箇所の厚さは、第１実施形態に係る第１樹脂層２２ａと同じである。本実施形態に係る金属層４１の一部が露出していることから、例えば筐体内の湿度による金属層４１の劣化を防止するために、該金属層４１の材質は、好ましくはアルミニウム系金属である。
【００４６】
前記実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（８）本実施形態に係る第１樹脂層４２には貫通孔４３が形成され、該貫通孔４３において金属層４１が露出している。そのため、熱拡散部材１１を発熱体５３に取り付ける際に発熱体５３と金属層４１とを直接接触させることができ、発熱体５３からグラファイトシート１２への熱伝導を金属層４１によって促進することができる。
【００４７】
（第４実施形態）
次に、本発明を熱拡散部材１１に具体化した第４実施形態を図６に基づいて説明する。第４実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態との説明の重複を避けるために、第１実施形態及び第２実施形態と同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略し、第１実施形態及び第２実施形態と同一の作用及び効果についてもその説明を省略する。
【００４８】
図６に示すように、本実施形態に係る筐体５１は樹脂により形成されており、保護層１３は、金属層４１と樹脂層２２とを備えている。樹脂層２２は、第１樹脂層２２ａと、筐体５１の一部とから構成されている。即ち、本実施形態に係る熱拡散部材１１では前記第２樹脂層が省略されており、グラファイトシート１２が例えば粘着剤によって筐体５１に貼付されることにより、筐体５１の一部が樹脂層２２を構成している。
【００４９】
前記実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（９）本実施形態では、筐体５１の一部が樹脂層２２を構成している。そのため、筐体５１内において熱拡散部材１１の配置に要する空間を小さくすることができ、電子機器の小型化及び薄型化が容易になる。
【００５０】
前記各実施形態は、以下のように変更して具体化されてもよい。
・ 各実施形態において金属層２１、４１が省略されてもよい。例えば図７に示すように、第１実施形態において金属層が省略されてもよい。また、各実施形態において発熱体５３に対応する箇所にのみ金属層２１、４１が設けられてもよいし、発熱体５３及びコネクタ１４に対応する箇所にのみ金属層２１、４１が設けられてもよい。この場合にも、導電部３２は弾性を有していることから、熱拡散部材１１が発熱体５３に取り付けられる際に、グラファイトシート１２に応力が加わって該グラファイトシート１２が破損することを防止することができる。コネクタ１４に対向する金属層２１、４１が省略される場合には、ＪＩＳ Ｋ６２５３に従って測定されるコネクタ１４のゴム状弾性体３５の硬度の上限は、好ましくはＡ８０未満である。
【００５１】
・ 図８及び図９に示すように、第２実施形態に係る第１樹脂層２２ａ上において発熱体５３に対応する箇所に熱伝導体４５が設けられてもよい。熱伝導体４５として、例えば一般的な放熱シート、及び放熱グリスが挙げられる。放熱シートとして、例えばゴム状弾性体に絶縁性の熱伝導性フィラーが分散されたシートが挙げられる。熱伝導性フィラーとして、例えば酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、及び炭化ケイ素が挙げられる。
【００５２】
熱拡散部材１１の発熱体５３への取り付けが容易な場合には、熱伝導体４５として放熱グリスを用いることができる。しかしながら、電子回路上の素子の高さが不均一であったり、熱拡散部材１１が取り付けられる発熱体５３の電子回路基板５２上での高さにバラツキがあったりする場合には、熱伝導体４５として放熱シートを用いることが好ましい。この構成では、発熱体５３からグラファイトシート１２への熱伝導を熱伝導体４５により促進し、熱拡散部材１１の熱拡散性を高めることができる。同様に、第１実施形態及び第４実施形態に係る第１樹脂層２２ａ上において前記発熱体５３に対応する箇所に熱伝導体４５が設けられてもよい。また、図１０に示すように、第３実施形態に係る第１樹脂層４２の貫通孔４３に熱伝導体４５が設けられてもよい。この場合、金属層４１全体が第１樹脂層４２及び熱伝導体４５によって覆われることから、金属層４１を銅系金属によって形成してもよい。
【００５３】
・ 図８に記載の構成において、図１１に示すように、熱伝導体４５が第２樹脂層２２ｂ上に設けられてもよい。この場合、図１２に示すように、筐体内には一対の電子回路基板５２が配置されており、一方の電子回路基板５２（図１２の上方に位置する電子回路基板５２）に発熱体５３が設けられるとともに他方の電子回路基板５２（図１２の下方に位置する電子回路基板５２）にアース回路５４が形成されている。熱伝導体４５は、第２樹脂層２２ｂ上において発熱体５３に対応する箇所に形成されている。
【００５４】
この構成においては、アース回路５４が形成されている電子回路基板５２において発熱体５３に対応する箇所に、粘着層５５を用いて熱拡散部材１１が貼付される。そして、一対の電子回路基板５２に熱拡散部材１１が挟まれる。この構成においても、発熱体５３からグラファイトシート１２への熱伝導を熱伝導体４５により促進し、熱拡散部材１１の熱拡散性を高めることができる。
【００５５】
・ 図１３に示すように、第２実施形態において、第１樹脂層２２ａがコネクタ１４の本体を構成してもよい。この構成においてもグラファイトシート１２の破損を防止することができる。この場合、第１樹脂層２２ａの材質は、好ましくはシリコーンゴムである。同様に、第１、第３、及び第４実施形態において、第１樹脂層２２ａ、４２がコネクタ１４の本体を構成してもよい。
【００５６】
・ 各実施形態において、磁性導電体３６の配向が省略されてもよいし、該磁性導電体３６の形状が例えば繊維状に変更されてもよい。また、導電部３２が、ゴム状弾性体３５と、該ゴム状弾性体３５中に分散されている導電体とから形成されてもよい。導電体の材質として、例えば炭素及び金属が挙げられる。金属として、例えば抵抗値が低い金、銀、白金、アルミニウム、ニッケル、銅、鉄、パラジウム、コバルト、クロム、及びそれらと他の金属との合金が挙げられる。合金として、例えばステンレスが挙げられる。導電体の形状として、例えば粒子状及び繊維状が挙げられる。例えば金属、樹脂、又はセラミックスにより形成された粉末又は繊維の表面に、前記導電体の具体例として挙げられた金属が被覆されて導電体が構成されてもよい。
【００５７】
導電体が磁性を有していない場合、コネクタ１４は、例えば予めコンプレッション成形又は射出成形によって成形された導電部３２が金型にインサートされた後、該金型を用いて本体３１を成形するインサート成形法、又は二色成形法によって製造される。導電体が磁性を有していても、即ち磁性導電体３６においても、前記インサート成形、又は二色成形法によってコネクタ１４が製造されてもよい。
【００５８】
・ 各実施形態において、本体３１の各突部３４が省略されてもよい。この場合、導電部３２の各端部が本体３１の表面から突出していてもよいし、導電部３２の各端面が本体３１の表面と面一に構成されてもよい。
【００５９】
・ 各実施形態において、熱拡散部材１１が複数のコネクタ１４を備えてもよい。
・ 第１〜第３実施形態において、第１樹脂層２２ａ、４２及び第２樹脂層２２ｂがそれらの一端部において一体に構成されてもよい。即ち、樹脂層２２が一枚のシート状を有する樹脂層によって構成されてもよい。この場合、例えば樹脂層２２の中央部での折曲によりグラファイトシート１２等が樹脂層２２に覆われる。また、第４実施形態において、筐体５１のみによって樹脂層２２が構成されてもよい。
【００６０】
・ 各実施形態においてアース回路５４が省略されてもよい。この場合、例えば筐体５１が導電性を有する材料により形成され、アース回路５４として作用する。そして、熱拡散部材１１が発熱体５３に取り付けられる際には、コネクタ１４の導電部３２が筐体５１に圧接される。この構成においても、グラファイトシート１２が他の部材から電気的に孤立することを防止してグラファイトシート１２がノイズの発生源として作用することを防止することができる。
【００６１】
・ 第１〜第３実施形態において、熱拡散部材１１は、筐体５１に貼付されることなく発熱体５３に直接取り付けられてもよい。このとき、一対の電子回路基板５２を用いて熱拡散部材１１を発熱体５３に取り付けてもよいし、筐体５１及び電子回路基板５２以外の部材を用いて熱拡散部材１１を発熱体５３に取り付けてもよい。
【００６２】
・ 第３実施形態において、露出している金属層４１に追加のコネクタ１４を配置してもよい。この場合、ゴム状弾性体の粘着性に基づいてコネクタ１４が金属層４１に貼付されてもよいし、例えば粘着剤によってコネクタ１４が金属層４１に貼付されてもよい。
【００６３】
・ 各実施形態において、樹脂層２２を省略し、金属層２１、４１のみから保護層１３を構成してもよい。
・ 各実施形態において、熱拡散部材１１は、導電部３２の代わりにスプリングコネクタ等の周知の弾性を有する導電部を備えてもよい。
【実施例】
【００６４】
次に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
実施例１においては、以下の工程に従って図７に示す構成を有する熱拡散部材１１を得た。即ち、まずグラフテック社製のグラファイトシート１２を準備した。グラファイトシート１２の厚さは１５０μｍであり、厚さ方向における熱伝導率は５Ｗ／ｍ・Ｋであり、面内方向における熱伝導率は４００Ｗ／ｍ・Ｋであった。また、以下の工程に従ってコネクタ１４を作成した。即ち、ゴム状弾性体３５を形成する液状高分子としてのポリアルキルアルケニルシロキサン系シリコーンゴム（数平均分子量：６０,０００〜８０，０００、２０℃における粘度：１５Ｐａ・ｓ）１００質量部と、磁性導電体３６としての、直径が３０μｍである銀めっきニッケル粒子３０質量部とを混合して原料組成物を調製した。
【００６５】
次いで、導電部３２に対応する個所に強磁性体としての鉄系合金からなるピンが設けられたアルミニウム製の金型内に、第１樹脂層２２ａとしての、厚さが１２μｍであるポリエチレンテレフタレートフィルムをインサートした後、原料組成物を充填した。続いて、前記ピンを用いて０．２テスラ（Ｔ）の磁束密度を有する磁場を原料組成物に５分間印加してニッケル粒子を配向させた後、原料組成物を１５０℃で２分間加熱してポリアルキルアルケニルシロキサン系シリコーンゴムを架橋により硬化させてコネクタ１４を得た。コネクタ１４において、ＪＩＳ Ｋ６２５３に従って測定されるポリアルキルアルケニルシロキサン系シリコーンゴムの硬度はＡ５０であった。
【００６６】
そして、グラファイトシート１２の一方の表面に前記ポリエチレンテレフタレートフィルムを貼付するとともに、他方の表面に、第２樹脂層２２ｂとしての厚さが１２μｍであるポリエチレンテレフタレートフィルムを貼付して熱拡散部材１１を得た。これらのポリエチレンテレフタレートフィルムの貼付には、厚さが５０μｍであるアクリル系両面粘着剤（大日本インキ製ダイタック＃８６１６ＵＪ−５０）を用いた。
【００６７】
（実施例２）
実施例２においては、グラファイトシート１２への各ポリエチレンテレフタレートフィルムの貼付の前に、該グラファイトシート１２の一方の表面全体にわたって、金属層としての厚さが１２μｍであるアルミニウム箔を貼付した以外は実施例１と同様にして、図４に示す構成を有する熱拡散部材１１を得た。
【００６８】
（実施例３）
実施例３においては、アルミニウム箔を厚さが１２μｍである銅箔に変更した以外は実施例２と同様にして、図４に示す構成を有する熱拡散部材１１を得た。
【００６９】
（実施例４）
実施例４においては、銅箔に対向するポリエチレンテレフタレートフィルムに貫通孔４３を形成した以外は実施例３と同様にして、図５に示す構成を有する熱拡散部材１１を得た。
【００７０】
（比較例１）
比較例１においては、図１５に示す構成を有する積層体１１４を製造した。
そして、各実施例に係る熱拡散部材１１及び比較例１に係る積層体１１４に関して以下の各項目の評価を行った。その結果を以下に示す。
【００７１】
＜グラファイトシート１２の破損防止効果＞
各実施例に係る熱拡散部材１１及び比較例１に係る積層体１１４を発熱体に取り付けた際におけるグラファイトシート１２の状態を目視により確認した。その結果、各実施例に係る熱拡散部材１１ではグラファイトシート１２の破損が見られなかった。そのため、各実施例に係る熱拡散部材１１はグラファイトシートを保護することができることが分かった。一方、比較例１に係る熱拡散部材１１では、導電部材１１７としてのネジを用いて積層体１１４を発熱体１１１に取り付けた際にグラファイトシート１１２が破損し、該グラファイトシート１１２の破片が積層体１１４から飛散した。
【００７２】
＜発熱体への取り付け性＞
前記項目“グラファイトシート１２の破損防止効果”における各実施例に係る熱拡散部材１１及び比較例１に係る積層体１１４の発熱体への取り付けの容易さを評価した。その結果、各実施例に係る熱拡散部材１１の取り付けは容易であったものの、比較例１に係る積層体１１４の取り付けは煩雑であった。これは以下の理由による。即ち、各実施例に係る熱拡散部材１１では、コネクタ１４が熱拡散部材１１と一体に構成されている。これに対して、比較例１に係る積層体１１４では、コネクタ１４に相当する導電部材１１７が積層体１１４と別体に構成され、積層体１１４の取り付けの際には導電部材１１７を用いて積層体１１４を固定する必要があった。
【００７３】
（実施例５）
実施例５においては、各ポリエチレンテレフタレートフィルムを厚さが５０μｍであるポリイミドフィルムに変更した以外は実施例１と同様にして熱拡散部材１１を得た。
【００７４】
（実施例６）
実施例６においては、アルミニウム箔の厚さを５０μｍに変更するとともに各ポリエチレンテレフタレートフィルムを厚さが５０μｍであるポリイミドフィルムに変更した以外は実施例２と同様にして熱拡散部材１１を得た。
【００７５】
（実施例７）
実施例７においては、アルミニウム箔を厚さが５０μｍである銅箔に変更した以外は実施例６と同様にして熱拡散部材１１を得た。
【００７６】
そして、実施例５〜７に係る熱拡散部材に関して以下の項目について測定を行った。
＜熱拡散性＞
各実施例の熱拡散部材１１から、縦および横の長さが１００ｍｍである試験片を調製した。この試験片は、グラファイトシート１２及び保護層１３を有しているがコネクタ１４を有していない。また、図１４に示すように、有底筒状を有する本体６１と、該本体６１の上部に形成された開口を閉塞する蓋６２と、本体６１の底部に設けられた発熱体としてのセラミックヒータ６３（坂口電熱株式会社製のマイクロセラミックヒータ ＭＳ−３）とを備える容器６４を準備した。本体６１及び蓋６２は断熱材により形成されている。セラミックヒータ６３の発熱量は１．０Ｗであった。次いで、本体６１内に試験片６５を収容した後、蓋６２により本体６１の開口を閉塞した。このとき、セラミックヒータ６３は本体６１の底部から露出しており、試験片６５と接触している。
【００７７】
続いて、セラミックヒータ６３上の所定の位置（以下、ｔ０点という）と、試験片６５の蓋６２に対向する表面において、セラミックヒータ６３に対応する位置（以下、ｔ１点という）と、ｔ１点から側方へ２５ｍｍ離間した位置（以下、ｔ２点という）と、ｔ１点から５０ｍｍ離間した位置（以下、ｔ３点という）とに熱電対を設置した。次いで、２５℃の雰囲気下において、セラミックヒータ６３により試験片６５を加熱した。そして、セラミックヒータ６３による加熱から１０分後に、前記熱電対を用いてｔ０点、ｔ１点、ｔ２点、及びｔ３点の温度を測定した。結果を表１に示す。表１において、“ｔ０点”欄はｔ０点での温度の測定結果を示し、“ｔ１点”欄はｔ１点での温度の測定結果を示し、“ｔ２点”欄はｔ２点での温度の測定結果を示し、“ｔ３点”欄はｔ３点での温度の測定結果を示す。
【００７８】
【表１】
表１に示すように、セラミックヒータ６３の熱が各実施例に係る熱拡散部材１１によって拡散されていることが分かった。更に、実施例６に係る熱拡散部材１１では、実施例５に係る熱拡散部材１１に比べてｔ１点とｔ２又はｔ３点との温度差が小さかった。また、実施例７に係る熱拡散部材１１では、実施例５及び６に係る熱拡散部材１１に比べてｔ１点とｔ２又はｔ３点との温度差が小さかった。このことから、金属層２１、４１を用いることにより熱拡散部材１１の熱拡散性を向上させることができ、金属層２１、４１を銅系金属で形成することにより熱拡散部材１１の熱拡散性をより向上させることができることが分かった。
【００７９】
以上の結果から、各実施例に係る熱拡散部材１１は、発熱体５３からの熱拡散の用途において好適に使用可能であることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】（ａ）は第１実施形態に係る熱拡散部材を示す断面図、（ｂ）は導電部を示す断面図。
【図２】熱拡散部材の発熱体への取り付けを示す断面図。
【図３】発熱体に取り付けられた熱拡散部材を示す断面図。
【図４】第２実施形態に係る熱拡散部材を示す断面図。
【図５】第３実施形態に係る熱拡散部材を示す断面図。
【図６】第４実施形態に係る熱拡散部材を示す断面図。
【図７】熱拡散部材の第１の別例を示す断面図。
【図８】熱拡散部材の第２の別例を示す断面図。
【図９】発熱体に取り付けられた熱拡散部材を示す断面図。
【図１０】熱拡散部材の第３の別例を示す断面図。
【図１１】熱拡散部材の第４の別例を示す断面図。
【図１２】発熱体に取り付けられた熱拡散部材を示す断面図。
【図１３】熱拡散部材の第５の別例を示す断面図。
【図１４】容器を示す断面図。
【図１５】従来に係る積層体を示す断面図。
【符号の説明】
【００８１】
１１…熱拡散部材、１２…グラファイトシート、１３…保護層、１４…コネクタ、２１，４１…金属層、２２…樹脂層、３２…導電部、５１…筐体、５３…発熱体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路の集積回路等の発熱体から発生する熱の拡散に用いられる熱拡散部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
グラファイトシートはその表面に平行な方向、すなわち面内方向に沿って優れた熱伝導性を有しており、熱伝導材又は熱拡散材として用いられている。このグラファイトシートは高い導電性も有している。高い導電性を有する部材については、以下のことが知られている。即ち、高い導電性を有する部材は一般に、電磁波を受けてアンテナとして作用する。その結果、高い導電性を有する部材に電圧が発生してノイズが発生する。
【０００３】
そのため、発熱体としての、例えば電子回路の集積回路（ＩＣ）からの熱の拡散にグラファイトシートが用いられた場合、特定のＩＣから発生した電磁波を受けたグラファイトシートがノイズの発生源として作用し、電子回路が誤動作を起こすことがある。このようなノイズの発生は、導電性を有するグラファイトシートが電子回路から電気的に孤立している状態で起きる。このため、ノイズの発生を防止するために、グラファイトシートが電子回路のグランドに電気的に接続されている。
【０００４】
特許文献１には、図１５に示すように、電子回路の発熱体１１１上に設けられるグラファイトシート１１２と、該グラファイトシート１１２上に積層される金属層１１３とを備える積層体１１４が開示されている。この積層体１１４には、電気絶縁性を有するラミネート材１１５がラミネートされている。積層体１１４を電子回路のグランド１１６に電気的に接続するために、積層体１１４には、金属製のねじ等からなる導電部材１１７が設けられている。この導電部材１１７は、積層体１１４が発熱体１１１に取り付けられる際に、積層体１１４の上方から金属層１１３及びグラファイトシート１１２を貫通し、グランド１１６を有する電子回路基板１１８に取り付けられる。これにより、導電部材１１７はグラファイトシート１１２とグランド１１６とを電気的に接続する。ラミネート材１１５において発熱体１１１に対向する箇所は切り欠かれており、グラファイトシート１１２が露出している。グラファイトシート１１２において露出した箇所には、発熱体１１１に対向するシート状の熱伝導体１１９が設けられている。
【０００５】
グラファイトシートでは、該グラファイトシートの熱伝導性を高めるために黒鉛が高度に配向されている。グラファイトシートには黒鉛同士を繋ぐバインダーが含まれていなかったり、たとえバインダーがグラファイトシートに含まれていても該バインダーの含有量は微量であったりすることから、グラファイトシートは非常に脆い。そのため、特許文献１に記載されている積層体１１４には以下の問題があった。即ち、この積層体１１４では、導電部材１１７の基板１１８への取り付けの際にグラファイトシート１１２と金属層１１３との間に応力が加わってグラファイトシート１１２が破損し易い。破損したグラファイトシート１１２の破片は電子回路上に飛散し、該回路から電流がリークしたり該回路がショートしたりする。
【特許文献１】特開２００４−２３０６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、発熱体からの熱拡散の用途において、より好適に使用可能な熱拡散部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、発熱体上に設けられるグラファイトシートと、前記グラファイトシートを覆う保護層と、前記グラファイトシート上に設けられるコネクタとを備える熱拡散部材であって、前記コネクタは、弾性を有するとともに前記グラファイトシートに電気的に接触する導電部を備え、前記導電部はグラファイトシート上に位置している熱拡散部材を提供する。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記保護層は、前記グラファイトシート上に積層される金属層を備え、前記導電部は金属層上に位置しており、該金属層を介してグラファイトシートに電気的に接触している請求項１に記載の熱拡散部材を提供する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記金属層は、グラファイトシートにおいて少なくとも発熱体及び導電部に対応する箇所に設けられている請求項２に記載の熱拡散部材を提供する。
請求項４に記載の発明は、前記金属層は銅系金属から形成されている請求項２又は請求項３に記載の熱拡散部材を提供する。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、前記保護層は、グラファイトシート及び金属層を覆う樹脂層を更に備え、該樹脂層は電気絶縁性を有する請求項４に記載の熱拡散部材を提供する。
請求項６に記載の発明は、前記保護層は、グラファイトシートと、金属層の一部とを覆う樹脂層を更に備え、該樹脂層は電気絶縁性を有する請求項２又は請求項３に記載の熱拡散部材を提供する。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、前記発熱体は電子機器の筐体内に設けられ、前記保護層の少なくとも一部が前記筐体で構成されている請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の熱拡散部材を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、発熱体からの熱拡散の用途において、より好適に使用可能な熱拡散部材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１実施形態）
以下、本発明を熱拡散部材に具体化した第１実施形態を図１（ａ）〜図３に基づいて説明する。図２に示すように、電子機器の筐体５１内には樹脂製の電子回路基板５２が配置されており、該基板５２の表面には電子回路が形成されている。この電子回路には発熱体５３、例えばＩＣが接続されているとともに、該電子回路から延びるアース回路５４が形成されている。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、熱拡散部材１１はシート状に形成され、グラファイトシート１２と、該グラファイトシート１２全体を覆う保護層１３と、グラファイトシート１２上に配設されたコネクタ１４とを備えている。グラファイトシート１２では複数の黒鉛層が互いに積層されており、該シート１２は、その表面に平行な方向、即ち面内方向における良好な熱伝導率、具体的には２００〜１０００Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有している。そのため、グラファイトシート１２は、熱拡散部材１１が発熱体５３に取り付けられた際に該発熱体５３からグラファイトシート１２に伝導された熱を面内方向に沿って拡散させ、発熱体５３の過剰な温度上昇を抑制する。グラファイトシート１２の製法は特に限定されず、該シート１２は例えば天然黒鉛から製造されたり合成黒鉛から製造されたりする。
【００１５】
グラファイトシート１２の厚さは、好ましくは２５〜３００μｍであり、より好ましくは５０〜１５０μｍである。グラファイトシート１２の厚さが２５μｍ未満の場合、該グラファイトシート１２の熱拡散性が十分に発揮されないおそれがある。グラファイトシート１２の厚さが３００μｍを越えると、熱拡散部材１１が過剰に厚くなる。そのため、小型化及び薄型化が求められている電子機器に熱拡散部材１１を用いることができなくなるおそれがある。
【００１６】
保護層１３は、グラファイトシート１２上に積層される金属層２１と、グラファイトシート１２全体を覆う樹脂層２２とを備えている。金属層２１は、グラファイトシート１２においてコネクタ１４に対応する箇所に積層されており、グラファイトシート１２とコネクタ１４とを電気的に接続するとともにグラファイトシート１２を保護する。金属層２１の材質として、好ましくは低抵抗の金属が挙げられ、具体的にはアルミニウム系金属、銅系金属、及びステンレスが挙げられる。アルミニウム系金属としてアルミニウム単体及びアルミニウム合金が挙げられ、銅系金属として銅単体及び銅合金が挙げられる。本実施形態に係る金属層２１は銅系金属により形成されている。
【００１７】
金属層２１の厚さは、好ましくは１〜１００μｍであり、より好ましくは５〜５０μｍである。金属層２１の厚さが１μｍ未満の場合、該金属層２１が過剰に薄いことからグラファイトシート１２を例えば衝撃から十分に保護することができない。金属層２１の厚さが１００μｍを越えると、熱拡散部材１１が過剰に厚くなる。そのため、小型化及び薄型化が求められている電子機器に熱拡散部材１１を用いることができなくなるおそれがある。金属層２１の厚さを５〜５０μｍに設定することにより、グラファイトシート１２を十分に保護することができるとともに熱拡散部材１１を薄く形成することができる。
【００１８】
樹脂層２２は電気絶縁性を有する樹脂により形成されており、電気絶縁性を有している。電気絶縁性を有する樹脂として、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマー、及び熱硬化性ゴムが挙げられる。熱可塑性樹脂として、例えばポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアセタール樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレンアクリロニトリル共重合体、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリケトン樹脂、液晶ポリマー、シリコーン樹脂、アイオノマー樹脂、及びこれらの内の少なくとも２種の複合樹脂が挙げられる。
【００１９】
熱硬化性樹脂として、例えばポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、及びシリコーン樹脂が挙げられる。熱可塑性エラストマーとして、例えばスチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、フッ化系熱可塑性エラストマー、及びイオン架橋系熱可塑性エラストマーが挙げられる。熱硬化性ゴムとして、例えばシリコーンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、１，２−ポリブタジエン、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、フッ素ゴム、及びウレタンゴムが挙げられる。
【００２０】
本実施形態に係る樹脂層２２は、一対のシート状を有する第１樹脂層２２ａ及び第２樹脂層２２ｂから構成されており、グラファイトシート１２及び金属層２１は第１樹脂層２２ａ及び第２樹脂層２２ｂによって挟まれている。第１樹脂層２２ａは、熱拡散部材１１が発熱体５３に取り付けられた際に該発熱体５３上に位置する。即ち、発熱体５３から発生した熱は第１樹脂層２２ａを介してグラファイトシート１２に伝導される。そのため、第１樹脂層２２ａにおいて発熱体５３に対応する箇所の厚さは、好ましくは２〜５０μｍであり、より好ましくは５〜２５μｍである。第１樹脂層２２ａにおいて発熱体５３に対応する箇所の厚さが２μｍ未満の場合には、第１樹脂層２２ａがグラファイトシート１２を例えば衝撃から十分に保護することできなかったり、発熱体５３から第１樹脂層２２ａを介してグラファイトシートに電流が流れてリークしたりするおそれがある。第１樹脂層２２ａにおいて発熱体５３に対応する箇所の厚さが５０μｍを越えると、発熱体５３からグラファイトシート１２に熱が効率的に伝導されない。第１樹脂層２２ａにおいて発熱体５３に対応する箇所の厚さを５〜２５μｍの範囲に設定することにより、グラファイトシート１２を十分に保護することができるとともに発熱体５３からグラファイトシート１２に効率的に熱を伝導させることができる。
【００２１】
第１樹脂層２２ａにおいて発熱体５３に対応する箇所以外の箇所の厚さ、及び第２樹脂層２２ｂの厚さの下限は特に限定されず、例えば５０μｍでもよい。第１樹脂層２２ａにおいて発熱体５３に対応する箇所以外の箇所の厚さ、及び第２樹脂層２２ｂの厚さの上限は、好ましくは１５０μｍである。これらの上限が１５０μｍを超えると、各樹脂層２２ａ、２２ｂの製造コストが増加するおそれがある。更に、熱拡散部材１１が過剰に厚くなることから、小型化及び薄型化が求められている電子機器に熱拡散部材１１を用いることができなくなるおそれがある。
【００２２】
コネクタ１４は、グラファイトシート１２において前記アース回路５４に対応する箇所に配設されている。コネクタ１４は、円板状の本体３１と、該本体３１の中央に形成されている円柱状の導電部３２とを備えている。本体３１はゴム状弾性体で構成されており、該ゴム状弾性体に起因して弾性を有するとともに電気絶縁性を有している。コネクタ１４は、熱拡散部材１１が発熱体５３に取り付けられる際にアース回路５４に圧接される。
【００２３】
ゴム状弾性体の材質として、例えば、シリコーンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、１，２-ポリブタジエン、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、フッ化系熱可塑性エラストマー、及びイオン架橋系熱可塑性エラストマーが挙げられる。これらの中でも、優れた電気絶縁性及び耐候性を発揮することから、好ましくはシリコーンゴムである。
【００２４】
本体３１の外周面には、例えばその全周にわたって嵌合溝３３が形成されている。第１樹脂層２２ａにおいてコネクタ１４に対応する箇所には円孔２３が形成されており、該円孔２３に本体３１が嵌挿されているとともに前記嵌合溝３３に第１樹脂層２２ａが嵌合されている。この嵌合によって、コネクタ１４の熱拡散部材１１からの脱落が防止されている。本体３１のグラファイトシート１２に対向する表面およびアース回路５４に対向する表面において導電部３２に対応する箇所には、該導電部３２の外径よりも大きい外径を有する円板状の突部３４が形成されている。
【００２５】
導電部３２は本体３１を貫通しており、コネクタ１４がアース回路５４に圧接された際に、金属層２１を介してアース回路５４とグラファイトシート１２とを電気的に接続する。導電部３２の一対の端部は前記突部３４内に位置しており、導電部３２の一対の端面は本体３１から露出している。導電部３２の各端面において金属層２１に対向する端面は該金属層２１と接触している。図１（ｂ）に示すように、導電部３２は、前記ゴム状弾性体３５中に粒子状の磁性導電体３６の粒子が分散されて形成されている。本実施形態に係る導電部３２では、磁性導電体３６の粒子同士が互いに接触した状態で、本体３１の厚さ方向に連なって配向されている。
【００２６】
日本工業規格であるＪＩＳ Ｋ６２５３に従って測定されるゴム状弾性体３５の硬度は、好ましくはＡ１０〜８０であり、より好ましくはＡ３０〜５０である。ゴム状弾性体の硬度がＡ１０未満の場合には、コネクタ１４の機械的強度が低下して耐久性が悪化するおそれがある。これは、導電部３２を構成するゴム状弾性体３５の柔軟性が過剰に高いことから、コネクタ１４の繰り返しの使用に伴いゴム状弾性体３５中の磁性導電体３６の粒子が移動して該粒子の配向が乱れることによるものと推察される。ゴム状弾性体の硬度がＡ８０を超えると、コネクタ１４のアース回路５４への圧接に要する荷重が大きくなり、大きな加重によってグラファイトシート１２が破損するおそれがある。
【００２７】
磁性導電体３６の材質として、例えばニッケル、コバルド、及び鉄が挙げられる。また、磁性導電体３６として、表面に良好な導電性を発揮する金属がめっきされた、強磁性体からなる粒子が用いられてもよいし、表面に磁性及び導電性を有する層が被覆された、導電性を有する粒子が用いられてもよい。強磁性体として、例えばニッケル、コバルト、鉄、及びフェライトが挙げられる。これらの中でも、良好な導電性および常温（２５℃）で安定である金属、例えば金又は銀が表面にめっきされた強磁性体の粒子が好ましい。導電部３２の一対の端面の間の電気抵抗値は、好ましくは１Ω以下である。
【００２８】
熱拡散部材１１は、グラファイトシート１２を準備する工程と、該グラファイトシート１２上に金属層２１を積層する工程と、金属層２１上にコネクタ１４を配設するとともに各樹脂層２２ａ、２２ｂによってグラファイトシート１２を覆う工程とを経て製造される。
【００２９】
グラファイトシート１２上に金属層２１を積層する工程では、例えば金属層２１においてグラファイトシート１２に対向する表面に粘着層が積層された後に該粘着層によって金属層２１がグラファイトシート１２に貼付されたり、蒸着、スパッタリング等によってグラファイトシート１２上に金属層２１が直接形成されたりする。
【００３０】
金属層２１上にコネクタ１４を配設するとともに各樹脂層２２ａ、２２ｂによってグラファイトシート１２を覆う工程では、まずシート状の各樹脂層２２ａ、２２ｂが形成される。次いで、コネクタ１４が製造される。コネクタ１４は、該コネクタ１４の原料組成物を調製する工程、該原料組成物を型内に充填する工程、磁性導電体３６を配向させる工程、及びコネクタ１４を成形する工程を経て製造される。
【００３１】
コネクタ１４の原料組成物を調製する工程では、公知の方法により、ゴム状弾性体３５を形成する液状高分子と、磁性導電体３６とが適宜に混合されて原料組成物が調製される。原料組成物を型内に充填する工程では、調製された原料組成物が、非磁性体からなる型内に充填される。非磁性体として、例えばアルミニウムが挙げられる。この型は、コネクタ１４に対応するキャビティを有しているとともに、導電部３２に対応する個所に磁性体を備えている。この型内には、原料組成物の充填前に第１樹脂層２２ａが配置される。
【００３２】
磁性導電体３６を配向させる工程では、磁性体によって型内の原料組成物に磁場が印加される。このとき、型内に充填された原料組成物中の磁性導電体３６は、型内において磁性体に対応する個所、即ち導電部３２に対応する個所に集まるとともに配向される。図１（ｂ）に示すように、本実施形態では、磁性導電体３６の粒子同士が互いに接触した状態で、磁性導電体３６の粒子が本体３１の厚さ方向に沿って連なって配向される。コネクタ１４を成形する工程では、例えば加熱によって液状高分子を硬化させてゴム状弾性体３５を形成することによりコネクタ１４が成形される。このとき、液状高分子は、磁性導電体３６の配向が維持された状態で硬化される。また、型内に第１樹脂層２２ａが配置されていることから、該第１樹脂層２２ａが本体３１の嵌合溝３３に嵌合された状態でコネクタ１４が成形され、第１樹脂層２２ａとコネクタ１４とが一体に成形される。そのため、本実施形態に係る製造方法に用いられる第１樹脂層２２ａの材質は、低価格であるとともに十分な耐熱性を有することからポリエチレンテレフタレート樹脂が好ましく、または特に良好な耐熱性を有することからポリイミド樹脂が好ましい。
【００３３】
そして、コネクタ１４を有する第１樹脂層２２ａと、第２樹脂層２２ｂとによりグラファイトシート１２及び金属層２１が挟まれて熱拡散部材１１が形成される。このとき、グラファイトシート１２及び金属層２１の全体が樹脂層２２に覆われており、外部に露出していない。
【００３４】
熱拡散部材１１を発熱体５３に取り付ける際には、図２に示すように、例えば筐体５１において発熱体５３及びアース回路５４に対向する箇所に、粘着層５５を用いて熱拡散部材１１が貼付される。次いで、筐体５１と電子回路基板５２とを近接させることにより、熱拡散部材１１が発熱体５３及びアース回路５４上に載置される。このとき、図３に示すように、第１樹脂層２２ａが発熱体５３に対向するとともにコネクタ１４がアース回路５４に対向している。更に、コネクタ１４の導電部３２はアース回路５４に圧接し、グラファイトシート１２に向かって押圧される。そのため、導電部３２はアース回路５４及び金属層２１によって圧縮される。導電部３２の圧縮率は例えば１０〜３０％である。このとき、導電部３２の一対の端面はアース回路５４及び金属層２１に接触しており、グラファイトシート１２及びアース回路５４は、金属層２１及び導電部３２を介して電気的に接続される。
【００３５】
前記実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（１）本実施形態に係る熱拡散部材１１は、グラファイトシート１２と、ゴム状弾性体３５に起因する弾性を有する導電部３２とを備えている。導電部３２はグラファイトシート１２上に位置しており、該グラファイトシート１２を貫通したり導電部３２の一端部がグラファイトシート１２内に位置したりしていない。そのため、熱拡散部材１１が発熱体５３に取り付けられる際には導電部３２がグラファイトシート１２上で圧縮されるのみであることから、グラファイトシート１２に応力が加わって該グラファイトシート１２が破損することを防止することができる。更に、導電部３２の圧縮によって該導電部３２の一端面全体にわたって金属層２１及びアース回路５４と接触することができる。その結果、接触不良を防止して電気的接続を安定化させることができ、良好な導電性を得ることができる。
【００３６】
（２）本実施形態では、グラファイトシート１２は、コネクタ１４を介してアース回路５４に電気的に接続されている。そのため、グラファイトシート１２が電子回路基板５２の電子回路から孤立することを防止してグラファイトシート１２がノイズの発生源として作用することを防止することができる。
【００３７】
（３）本実施形態では、グラファイトシート１２と導電部３２との間に金属層２１が配置されている。そのため、グラファイトシート１２と導電部３２との電気的な接続を確実に行うことができるとともに、導電部３２のグラファイトシート１２への押圧によって該グラファイトシート１２が破損することをより確実に防止することができる。更に、金属層２１は良好な熱伝導性を有することから、金属層２１はグラファイトシート１２の熱拡散性を補助し、熱拡散部材１１の熱拡散性を高めることができる。
【００３８】
（４）本実施形態では、金属層２１は銅系金属により形成されている。銅系金属は優れた熱伝導性を有している。そのため、金属層２１はグラファイトシート１２の熱拡散性を効果的に補助し、熱拡散部材１１の熱拡散性をより高めることができる。
【００３９】
（５）本実施形態では、グラファイトシート１２及び金属層２１が樹脂層２２により覆われている。樹脂層２２は柔軟性及び電気絶縁性を有している。そのため、グラファイトシート１２がアース回路５４以外の部材と電気的に接続されたり、外方からの衝撃により破損したりすることを抑制することができる。また、例えば外方からの衝撃によりグラファイトシート１２が破損した場合には、該グラファイトシート１２の破片が熱拡散部材１１から脱落することを防止して該破片に起因する電子回路のショートを防止することができる。更に、金属層２１の外部への露出が樹脂層２２によって防止され、例えば筐体５１内の湿気による金属層２１の劣化を防止することができる。その結果、湿度によって劣化し易い銅系金属によって金属層２１を形成することができ、金属層２１の材質の選択の幅を広げることができる。
【００４０】
（６）本実施形態に係る熱拡散部材１１は、グラファイトシート１２とコネクタ１４とを備えている。そのため、コネクタが熱拡散部材の別体として構成されている場合に比べて発熱体５３への取り付けを容易に行うことができる。
【００４１】
（第２実施形態）
次に、本発明を熱拡散部材１１に具体化した第２実施形態を図４に基づいて説明する。第２実施形態では、第１実施形態との説明の重複を避けるために、第１実施形態と同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と同一の作用及び効果についてもその説明を省略する。
【００４２】
図４に示すように、本実施形態に係る保護層１３は、グラファイトシート１２上に積層される金属層４１と、樹脂層２２とを備えている。金属層４１はグラファイトシート１２全体にわたって積層されており、グラファイトシート１２とコネクタ１４とを電気的に接続するとともにグラファイトシート１２を保護する。本実施形態に係る金属層４１の材質および厚さは、第１実施形態に係る金属層２１と同じである。
【００４３】
前記実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（７）本実施形態に係る金属層４１はグラファイトシート１２全体にわたって積層されている。そのため、金属層４１の剛性に起因して、グラファイトシート１２の屈曲を抑制して該グラファイトシート１２の屈曲による破損を抑制することができる。更に、金属層４１の良好な熱伝導性に起因して、グラファイトシート１２の熱拡散性を効果的に補助して熱拡散部材１１の熱拡散性を高めることができる。
【００４４】
（第３実施形態）
次に、本発明を熱拡散部材１１に具体化した第３実施形態を図５に基づいて説明する。第３実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態との説明の重複を避けるために、第１実施形態及び第２実施形態と同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略し、第１実施形態及び第２実施形態と同一の作用及び効果についてもその説明を省略する。
【００４５】
図５に示すように、本実施形態に係る保護層１３は、金属層４１及び樹脂層２２を備えている。樹脂層２２は、一対のシート状を有する第１樹脂層４２及び第２樹脂層２２ｂから構成されている。第１樹脂層４２において前記発熱体５３に対応する箇所には貫通孔４３が形成されており、該貫通孔４３では金属層４１が露出している。即ち、樹脂層２２によって金属層４１の一部が覆われている。グラファイトシート１２は、金属層４１及び各樹脂層２２ｂ、４２によって覆われている。第１樹脂層４２の材質および発熱体５３に対応する箇所以外の箇所の厚さは、第１実施形態に係る第１樹脂層２２ａと同じである。本実施形態に係る金属層４１の一部が露出していることから、例えば筐体内の湿度による金属層４１の劣化を防止するために、該金属層４１の材質は、好ましくはアルミニウム系金属である。
【００４６】
前記実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（８）本実施形態に係る第１樹脂層４２には貫通孔４３が形成され、該貫通孔４３において金属層４１が露出している。そのため、熱拡散部材１１を発熱体５３に取り付ける際に発熱体５３と金属層４１とを直接接触させることができ、発熱体５３からグラファイトシート１２への熱伝導を金属層４１によって促進することができる。
【００４７】
（第４実施形態）
次に、本発明を熱拡散部材１１に具体化した第４実施形態を図６に基づいて説明する。第４実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態との説明の重複を避けるために、第１実施形態及び第２実施形態と同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略し、第１実施形態及び第２実施形態と同一の作用及び効果についてもその説明を省略する。
【００４８】
図６に示すように、本実施形態に係る筐体５１は樹脂により形成されており、保護層１３は、金属層４１と樹脂層２２とを備えている。樹脂層２２は、第１樹脂層２２ａと、筐体５１の一部とから構成されている。即ち、本実施形態に係る熱拡散部材１１では前記第２樹脂層が省略されており、グラファイトシート１２が例えば粘着剤によって筐体５１に貼付されることにより、筐体５１の一部が樹脂層２２を構成している。
【００４９】
前記実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（９）本実施形態では、筐体５１の一部が樹脂層２２を構成している。そのため、筐体５１内において熱拡散部材１１の配置に要する空間を小さくすることができ、電子機器の小型化及び薄型化が容易になる。
【００５０】
前記各実施形態は、以下のように変更して具体化されてもよい。
・ 各実施形態において金属層２１、４１が省略されてもよい。例えば図７に示すように、第１実施形態において金属層が省略されてもよい。また、各実施形態において発熱体５３に対応する箇所にのみ金属層２１、４１が設けられてもよいし、発熱体５３及びコネクタ１４に対応する箇所にのみ金属層２１、４１が設けられてもよい。この場合にも、導電部３２は弾性を有していることから、熱拡散部材１１が発熱体５３に取り付けられる際に、グラファイトシート１２に応力が加わって該グラファイトシート１２が破損することを防止することができる。コネクタ１４に対向する金属層２１、４１が省略される場合には、ＪＩＳ Ｋ６２５３に従って測定されるコネクタ１４のゴム状弾性体３５の硬度の上限は、好ましくはＡ８０未満である。
【００５１】
・ 図８及び図９に示すように、第２実施形態に係る第１樹脂層２２ａ上において発熱体５３に対応する箇所に熱伝導体４５が設けられてもよい。熱伝導体４５として、例えば一般的な放熱シート、及び放熱グリスが挙げられる。放熱シートとして、例えばゴム状弾性体に絶縁性の熱伝導性フィラーが分散されたシートが挙げられる。熱伝導性フィラーとして、例えば酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、及び炭化ケイ素が挙げられる。
【００５２】
熱拡散部材１１の発熱体５３への取り付けが容易な場合には、熱伝導体４５として放熱グリスを用いることができる。しかしながら、電子回路上の素子の高さが不均一であったり、熱拡散部材１１が取り付けられる発熱体５３の電子回路基板５２上での高さにバラツキがあったりする場合には、熱伝導体４５として放熱シートを用いることが好ましい。この構成では、発熱体５３からグラファイトシート１２への熱伝導を熱伝導体４５により促進し、熱拡散部材１１の熱拡散性を高めることができる。同様に、第１実施形態及び第４実施形態に係る第１樹脂層２２ａ上において前記発熱体５３に対応する箇所に熱伝導体４５が設けられてもよい。また、図１０に示すように、第３実施形態に係る第１樹脂層４２の貫通孔４３に熱伝導体４５が設けられてもよい。この場合、金属層４１全体が第１樹脂層４２及び熱伝導体４５によって覆われることから、金属層４１を銅系金属によって形成してもよい。
【００５３】
・ 図８に記載の構成において、図１１に示すように、熱伝導体４５が第２樹脂層２２ｂ上に設けられてもよい。この場合、図１２に示すように、筐体内には一対の電子回路基板５２が配置されており、一方の電子回路基板５２（図１２の上方に位置する電子回路基板５２）に発熱体５３が設けられるとともに他方の電子回路基板５２（図１２の下方に位置する電子回路基板５２）にアース回路５４が形成されている。熱伝導体４５は、第２樹脂層２２ｂ上において発熱体５３に対応する箇所に形成されている。
【００５４】
この構成においては、アース回路５４が形成されている電子回路基板５２において発熱体５３に対応する箇所に、粘着層５５を用いて熱拡散部材１１が貼付される。そして、一対の電子回路基板５２に熱拡散部材１１が挟まれる。この構成においても、発熱体５３からグラファイトシート１２への熱伝導を熱伝導体４５により促進し、熱拡散部材１１の熱拡散性を高めることができる。
【００５５】
・ 図１３に示すように、第２実施形態において、第１樹脂層２２ａがコネクタ１４の本体を構成してもよい。この構成においてもグラファイトシート１２の破損を防止することができる。この場合、第１樹脂層２２ａの材質は、好ましくはシリコーンゴムである。同様に、第１、第３、及び第４実施形態において、第１樹脂層２２ａ、４２がコネクタ１４の本体を構成してもよい。
【００５６】
・ 各実施形態において、磁性導電体３６の配向が省略されてもよいし、該磁性導電体３６の形状が例えば繊維状に変更されてもよい。また、導電部３２が、ゴム状弾性体３５と、該ゴム状弾性体３５中に分散されている導電体とから形成されてもよい。導電体の材質として、例えば炭素及び金属が挙げられる。金属として、例えば抵抗値が低い金、銀、白金、アルミニウム、ニッケル、銅、鉄、パラジウム、コバルト、クロム、及びそれらと他の金属との合金が挙げられる。合金として、例えばステンレスが挙げられる。導電体の形状として、例えば粒子状及び繊維状が挙げられる。例えば金属、樹脂、又はセラミックスにより形成された粉末又は繊維の表面に、前記導電体の具体例として挙げられた金属が被覆されて導電体が構成されてもよい。
【００５７】
導電体が磁性を有していない場合、コネクタ１４は、例えば予めコンプレッション成形又は射出成形によって成形された導電部３２が金型にインサートされた後、該金型を用いて本体３１を成形するインサート成形法、又は二色成形法によって製造される。導電体が磁性を有していても、即ち磁性導電体３６においても、前記インサート成形、又は二色成形法によってコネクタ１４が製造されてもよい。
【００５８】
・ 各実施形態において、本体３１の各突部３４が省略されてもよい。この場合、導電部３２の各端部が本体３１の表面から突出していてもよいし、導電部３２の各端面が本体３１の表面と面一に構成されてもよい。
【００５９】
・ 各実施形態において、熱拡散部材１１が複数のコネクタ１４を備えてもよい。
・ 第１〜第３実施形態において、第１樹脂層２２ａ、４２及び第２樹脂層２２ｂがそれらの一端部において一体に構成されてもよい。即ち、樹脂層２２が一枚のシート状を有する樹脂層によって構成されてもよい。この場合、例えば樹脂層２２の中央部での折曲によりグラファイトシート１２等が樹脂層２２に覆われる。また、第４実施形態において、筐体５１のみによって樹脂層２２が構成されてもよい。
【００６０】
・ 各実施形態においてアース回路５４が省略されてもよい。この場合、例えば筐体５１が導電性を有する材料により形成され、アース回路５４として作用する。そして、熱拡散部材１１が発熱体５３に取り付けられる際には、コネクタ１４の導電部３２が筐体５１に圧接される。この構成においても、グラファイトシート１２が他の部材から電気的に孤立することを防止してグラファイトシート１２がノイズの発生源として作用することを防止することができる。
【００６１】
・ 第１〜第３実施形態において、熱拡散部材１１は、筐体５１に貼付されることなく発熱体５３に直接取り付けられてもよい。このとき、一対の電子回路基板５２を用いて熱拡散部材１１を発熱体５３に取り付けてもよいし、筐体５１及び電子回路基板５２以外の部材を用いて熱拡散部材１１を発熱体５３に取り付けてもよい。
【００６２】
・ 第３実施形態において、露出している金属層４１に追加のコネクタ１４を配置してもよい。この場合、ゴム状弾性体の粘着性に基づいてコネクタ１４が金属層４１に貼付されてもよいし、例えば粘着剤によってコネクタ１４が金属層４１に貼付されてもよい。
【００６３】
・ 各実施形態において、樹脂層２２を省略し、金属層２１、４１のみから保護層１３を構成してもよい。
・ 各実施形態において、熱拡散部材１１は、導電部３２の代わりにスプリングコネクタ等の周知の弾性を有する導電部を備えてもよい。
【実施例】
【００６４】
次に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
実施例１においては、以下の工程に従って図７に示す構成を有する熱拡散部材１１を得た。即ち、まずグラフテック社製のグラファイトシート１２を準備した。グラファイトシート１２の厚さは１５０μｍであり、厚さ方向における熱伝導率は５Ｗ／ｍ・Ｋであり、面内方向における熱伝導率は４００Ｗ／ｍ・Ｋであった。また、以下の工程に従ってコネクタ１４を作成した。即ち、ゴム状弾性体３５を形成する液状高分子としてのポリアルキルアルケニルシロキサン系シリコーンゴム（数平均分子量：６０,０００〜８０，０００、２０℃における粘度：１５Ｐａ・ｓ）１００質量部と、磁性導電体３６としての、直径が３０μｍである銀めっきニッケル粒子３０質量部とを混合して原料組成物を調製した。
【００６５】
次いで、導電部３２に対応する個所に強磁性体としての鉄系合金からなるピンが設けられたアルミニウム製の金型内に、第１樹脂層２２ａとしての、厚さが１２μｍであるポリエチレンテレフタレートフィルムをインサートした後、原料組成物を充填した。続いて、前記ピンを用いて０．２テスラ（Ｔ）の磁束密度を有する磁場を原料組成物に５分間印加してニッケル粒子を配向させた後、原料組成物を１５０℃で２分間加熱してポリアルキルアルケニルシロキサン系シリコーンゴムを架橋により硬化させてコネクタ１４を得た。コネクタ１４において、ＪＩＳ Ｋ６２５３に従って測定されるポリアルキルアルケニルシロキサン系シリコーンゴムの硬度はＡ５０であった。
【００６６】
そして、グラファイトシート１２の一方の表面に前記ポリエチレンテレフタレートフィルムを貼付するとともに、他方の表面に、第２樹脂層２２ｂとしての厚さが１２μｍであるポリエチレンテレフタレートフィルムを貼付して熱拡散部材１１を得た。これらのポリエチレンテレフタレートフィルムの貼付には、厚さが５０μｍであるアクリル系両面粘着剤（大日本インキ製ダイタック＃８６１６ＵＪ−５０）を用いた。
【００６７】
（実施例２）
実施例２においては、グラファイトシート１２への各ポリエチレンテレフタレートフィルムの貼付の前に、該グラファイトシート１２の一方の表面全体にわたって、金属層としての厚さが１２μｍであるアルミニウム箔を貼付した以外は実施例１と同様にして、図４に示す構成を有する熱拡散部材１１を得た。
【００６８】
（実施例３）
実施例３においては、アルミニウム箔を厚さが１２μｍである銅箔に変更した以外は実施例２と同様にして、図４に示す構成を有する熱拡散部材１１を得た。
【００６９】
（実施例４）
実施例４においては、銅箔に対向するポリエチレンテレフタレートフィルムに貫通孔４３を形成した以外は実施例３と同様にして、図５に示す構成を有する熱拡散部材１１を得た。
【００７０】
（比較例１）
比較例１においては、図１５に示す構成を有する積層体１１４を製造した。
そして、各実施例に係る熱拡散部材１１及び比較例１に係る積層体１１４に関して以下の各項目の評価を行った。その結果を以下に示す。
【００７１】
＜グラファイトシート１２の破損防止効果＞
各実施例に係る熱拡散部材１１及び比較例１に係る積層体１１４を発熱体に取り付けた際におけるグラファイトシート１２の状態を目視により確認した。その結果、各実施例に係る熱拡散部材１１ではグラファイトシート１２の破損が見られなかった。そのため、各実施例に係る熱拡散部材１１はグラファイトシートを保護することができることが分かった。一方、比較例１に係る熱拡散部材１１では、導電部材１１７としてのネジを用いて積層体１１４を発熱体１１１に取り付けた際にグラファイトシート１１２が破損し、該グラファイトシート１１２の破片が積層体１１４から飛散した。
【００７２】
＜発熱体への取り付け性＞
前記項目“グラファイトシート１２の破損防止効果”における各実施例に係る熱拡散部材１１及び比較例１に係る積層体１１４の発熱体への取り付けの容易さを評価した。その結果、各実施例に係る熱拡散部材１１の取り付けは容易であったものの、比較例１に係る積層体１１４の取り付けは煩雑であった。これは以下の理由による。即ち、各実施例に係る熱拡散部材１１では、コネクタ１４が熱拡散部材１１と一体に構成されている。これに対して、比較例１に係る積層体１１４では、コネクタ１４に相当する導電部材１１７が積層体１１４と別体に構成され、積層体１１４の取り付けの際には導電部材１１７を用いて積層体１１４を固定する必要があった。
【００７３】
（実施例５）
実施例５においては、各ポリエチレンテレフタレートフィルムを厚さが５０μｍであるポリイミドフィルムに変更した以外は実施例１と同様にして熱拡散部材１１を得た。
【００７４】
（実施例６）
実施例６においては、アルミニウム箔の厚さを５０μｍに変更するとともに各ポリエチレンテレフタレートフィルムを厚さが５０μｍであるポリイミドフィルムに変更した以外は実施例２と同様にして熱拡散部材１１を得た。
【００７５】
（実施例７）
実施例７においては、アルミニウム箔を厚さが５０μｍである銅箔に変更した以外は実施例６と同様にして熱拡散部材１１を得た。
【００７６】
そして、実施例５〜７に係る熱拡散部材に関して以下の項目について測定を行った。
＜熱拡散性＞
各実施例の熱拡散部材１１から、縦および横の長さが１００ｍｍである試験片を調製した。この試験片は、グラファイトシート１２及び保護層１３を有しているがコネクタ１４を有していない。また、図１４に示すように、有底筒状を有する本体６１と、該本体６１の上部に形成された開口を閉塞する蓋６２と、本体６１の底部に設けられた発熱体としてのセラミックヒータ６３（坂口電熱株式会社製のマイクロセラミックヒータ ＭＳ−３）とを備える容器６４を準備した。本体６１及び蓋６２は断熱材により形成されている。セラミックヒータ６３の発熱量は１．０Ｗであった。次いで、本体６１内に試験片６５を収容した後、蓋６２により本体６１の開口を閉塞した。このとき、セラミックヒータ６３は本体６１の底部から露出しており、試験片６５と接触している。
【００７７】
続いて、セラミックヒータ６３上の所定の位置（以下、ｔ０点という）と、試験片６５の蓋６２に対向する表面において、セラミックヒータ６３に対応する位置（以下、ｔ１点という）と、ｔ１点から側方へ２５ｍｍ離間した位置（以下、ｔ２点という）と、ｔ１点から５０ｍｍ離間した位置（以下、ｔ３点という）とに熱電対を設置した。次いで、２５℃の雰囲気下において、セラミックヒータ６３により試験片６５を加熱した。そして、セラミックヒータ６３による加熱から１０分後に、前記熱電対を用いてｔ０点、ｔ１点、ｔ２点、及びｔ３点の温度を測定した。結果を表１に示す。表１において、“ｔ０点”欄はｔ０点での温度の測定結果を示し、“ｔ１点”欄はｔ１点での温度の測定結果を示し、“ｔ２点”欄はｔ２点での温度の測定結果を示し、“ｔ３点”欄はｔ３点での温度の測定結果を示す。
【００７８】
【表１】
表１に示すように、セラミックヒータ６３の熱が各実施例に係る熱拡散部材１１によって拡散されていることが分かった。更に、実施例６に係る熱拡散部材１１では、実施例５に係る熱拡散部材１１に比べてｔ１点とｔ２又はｔ３点との温度差が小さかった。また、実施例７に係る熱拡散部材１１では、実施例５及び６に係る熱拡散部材１１に比べてｔ１点とｔ２又はｔ３点との温度差が小さかった。このことから、金属層２１、４１を用いることにより熱拡散部材１１の熱拡散性を向上させることができ、金属層２１、４１を銅系金属で形成することにより熱拡散部材１１の熱拡散性をより向上させることができることが分かった。
【００７９】
以上の結果から、各実施例に係る熱拡散部材１１は、発熱体５３からの熱拡散の用途において好適に使用可能であることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】（ａ）は第１実施形態に係る熱拡散部材を示す断面図、（ｂ）は導電部を示す断面図。
【図２】熱拡散部材の発熱体への取り付けを示す断面図。
【図３】発熱体に取り付けられた熱拡散部材を示す断面図。
【図４】第２実施形態に係る熱拡散部材を示す断面図。
【図５】第３実施形態に係る熱拡散部材を示す断面図。
【図６】第４実施形態に係る熱拡散部材を示す断面図。
【図７】熱拡散部材の第１の別例を示す断面図。
【図８】熱拡散部材の第２の別例を示す断面図。
【図９】発熱体に取り付けられた熱拡散部材を示す断面図。
【図１０】熱拡散部材の第３の別例を示す断面図。
【図１１】熱拡散部材の第４の別例を示す断面図。
【図１２】発熱体に取り付けられた熱拡散部材を示す断面図。
【図１３】熱拡散部材の第５の別例を示す断面図。
【図１４】容器を示す断面図。
【図１５】従来に係る積層体を示す断面図。
【符号の説明】
【００８１】
１１…熱拡散部材、１２…グラファイトシート、１３…保護層、１４…コネクタ、２１，４１…金属層、２２…樹脂層、３２…導電部、５１…筐体、５３…発熱体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体上に設けられるグラファイトシートと、
前記グラファイトシートを覆う保護層と、
前記グラファイトシート上に設けられるコネクタとを備える熱拡散部材であって、
前記コネクタは、弾性を有するとともに前記グラファイトシートに電気的に接触する導電部を備え、
前記導電部はグラファイトシート上に位置していることを特徴とする熱拡散部材。
【請求項２】
前記保護層は、前記グラファイトシート上に積層される金属層を備え、
前記導電部は金属層上に位置しており、該金属層を介してグラファイトシートに電気的に接触している請求項１に記載の熱拡散部材。
【請求項３】
前記金属層は、グラファイトシートにおいて少なくとも発熱体及び導電部に対応する箇所に設けられている請求項２に記載の熱拡散部材。
【請求項４】
前記金属層は銅系金属から形成されている請求項２又は請求項３に記載の熱拡散部材。
【請求項５】
前記保護層は、グラファイトシート及び金属層を覆う樹脂層を更に備え、該樹脂層は電気絶縁性を有する請求項４に記載の熱拡散部材。
【請求項６】
前記保護層は、グラファイトシートと、金属層の一部とを覆う樹脂層を更に備え、該樹脂層は電気絶縁性を有する請求項２又は請求項３に記載の熱拡散部材。
【請求項７】
前記発熱体は電子機器の筐体内に設けられ、前記保護層の少なくとも一部が前記筐体で構成されている請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の熱拡散部材。
【請求項１】
発熱体上に設けられるグラファイトシートと、
前記グラファイトシートを覆う保護層と、
前記グラファイトシート上に設けられるコネクタとを備える熱拡散部材であって、
前記コネクタは、弾性を有するとともに前記グラファイトシートに電気的に接触する導電部を備え、
前記導電部はグラファイトシート上に位置していることを特徴とする熱拡散部材。
【請求項２】
前記保護層は、前記グラファイトシート上に積層される金属層を備え、
前記導電部は金属層上に位置しており、該金属層を介してグラファイトシートに電気的に接触している請求項１に記載の熱拡散部材。
【請求項３】
前記金属層は、グラファイトシートにおいて少なくとも発熱体及び導電部に対応する箇所に設けられている請求項２に記載の熱拡散部材。
【請求項４】
前記金属層は銅系金属から形成されている請求項２又は請求項３に記載の熱拡散部材。
【請求項５】
前記保護層は、グラファイトシート及び金属層を覆う樹脂層を更に備え、該樹脂層は電気絶縁性を有する請求項４に記載の熱拡散部材。
【請求項６】
前記保護層は、グラファイトシートと、金属層の一部とを覆う樹脂層を更に備え、該樹脂層は電気絶縁性を有する請求項２又は請求項３に記載の熱拡散部材。
【請求項７】
前記発熱体は電子機器の筐体内に設けられ、前記保護層の少なくとも一部が前記筐体で構成されている請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の熱拡散部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−１５８７８０（Ｐ２００９−１５８７８０Ａ）
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３６６７９（Ｐ２００７−３３６６７９）
【出願日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（０００２３７０２０）ポリマテック株式会社 (234)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（０００２３７０２０）ポリマテック株式会社 (234)
【Ｆターム（参考）】
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