JP2013222918A - Thermoconductive sheet and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】剥離強度が強く、熱伝導性、放熱性に優れた熱伝導シートを得ることを目的とするものである。
【解決手段】有機フィルムを熱分解して得られるグラファイトシート11を用いた熱伝導シート18であって、グラファイトシート11の端面以外の領域は、その面方向がグラファイトシート11を構成する各グラフェン層14層のc軸とほぼ垂直となるように構成されており、グラファイトシート11の端面にはグラフェン層14層のc軸と垂直な面が露出しているように構成したものである。
【選択図】図1An object of the present invention is to obtain a heat conductive sheet having high peel strength and excellent heat conductivity and heat dissipation.
A heat conductive sheet 18 using a graphite sheet 11 obtained by thermally decomposing an organic film, wherein a region other than an end face of the graphite sheet 11 has each surface direction of each graphene layer constituting the graphite sheet 11 The 14 layers are configured to be substantially perpendicular to the c-axis, and the end surface of the graphite sheet 11 is configured such that a surface perpendicular to the c-axis of the graphene layer 14 is exposed.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、各種電子機器に用いられる熱伝導シートおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a heat conductive sheet used for various electronic devices and a method for producing the same.
近年電子機器の各種機能や処理能力等が急速に向上し、それに伴い半導体素子をはじめとする電子部品からの発熱量は増加する傾向にある。このため半導体素子等の動作特性や信頼性等を保つために熱伝導シートを用いて発熱体からヒートシンク等に熱を伝達させることが行われている。グラファイトシートは、その面方向への熱伝導性に優れることから熱伝導シートとして用いられるが、構造的に面方向への強度は有するものの、厚さ方向にはもろいという弱点がある。そのため図4のように、グラファイトシート1の両面にグラファイトシートよりも面積の大きな絶縁テープ2を貼り合わせ、グラファイトシートの端面を絶縁テープ2で覆うようにしている。
In recent years, various functions and processing capabilities of electronic devices have rapidly improved, and accordingly, the amount of heat generated from electronic components such as semiconductor elements tends to increase. For this reason, in order to maintain the operating characteristics and reliability of a semiconductor element or the like, heat is transmitted from a heating element to a heat sink or the like using a heat conductive sheet. The graphite sheet is used as a heat conductive sheet because of its excellent thermal conductivity in the surface direction, but has a weakness that it is brittle in the thickness direction although it has structural strength in the surface direction. Therefore, as shown in FIG. 4, the
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。 As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
しかしながらグラファイトシートの端面を絶縁テープで覆うようにすると、その分グラファイトシートの面積が小さくなり、全体としての熱伝導性、放熱性が損なわれることになる。 However, if the end face of the graphite sheet is covered with an insulating tape, the area of the graphite sheet is reduced correspondingly, and the overall thermal conductivity and heat dissipation are impaired.
本発明はこれらの課題に対し、剥離強度が強く、グラファイトシートの面積を大きくすることにより、熱伝導性、放熱性に優れた熱伝導シートを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a heat conductive sheet having high peel strength and excellent heat conductivity and heat dissipation by increasing the area of the graphite sheet.
本発明は上記課題を解決するために、有機フィルムを熱分解して得られるグラファイトシートを用いた熱伝導シートであって、グラファイトシートの端面以外の領域は、その面方向がグラファイトシートを構成する各グラフェン層のc軸とほぼ垂直となるように構成されており、グラファイトシートの端面には、グラフェン層のc軸とほぼ垂直な面が露出するように構成したものである。 In order to solve the above problems, the present invention is a heat conductive sheet using a graphite sheet obtained by thermally decomposing an organic film, and the surface direction of the region other than the end face of the graphite sheet constitutes the graphite sheet. Each graphene layer is configured to be substantially perpendicular to the c-axis, and the end surface of the graphite sheet is configured to expose a surface substantially perpendicular to the c-axis of the graphene layer.
上記構成により、グラファイトシートの端面の剥離強度を向上させることができ、その端面を絶縁テープで覆う必要がなくなり、グラファイトシートの面積を大きくすることができ、熱伝導性、放熱性に優れた熱伝導シートを提供することができる。 With the above configuration, it is possible to improve the peel strength of the end face of the graphite sheet, and it is not necessary to cover the end face with an insulating tape, the area of the graphite sheet can be increased, and heat with excellent thermal conductivity and heat dissipation is achieved. A conductive sheet can be provided.
以下、本発明の一実施の形態における熱伝導シートについて、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, the heat conductive sheet in one embodiment of the present invention is explained, referring to drawings.
図1は本発明の一実施の形態における熱伝導シートの断面模式図であり、この熱伝導シートは、ポリイミドを熱分解することによりグラファイト化したグラファイトシート11であり、このようにして形成することにより、平面状に広がる結晶構造を有したグラフェン層14が面方向に拡がったものであり、面方向(炭素6員環が連なるa−b軸方向)に大きな熱伝導率を有し、厚さ方向であるc軸方向の熱伝導率は比較的小さくなっている。図1では、模式的にグラフェン層14をそれぞれの線で表している。またグラファイトシート11の上面側には絶縁シート12、下面側には接着シート13が貼り合わせられている。このようにすることにより、熱伝導シート18として取り扱いが容易なものとなっている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a heat conductive sheet according to an embodiment of the present invention. This heat conductive sheet is a graphite sheet 11 graphitized by thermally decomposing polyimide, and is thus formed. Thus, the
通常熱分解グラファイトシートは金型による打ち抜き等で所定の形状としているため、その端面は面状に拡がったグラフェン層をそのまま切断した断面となり、その端面にはa−b軸方向が露出した形となっている。グラフェン層の層間の強度はそれほど大きくないため、その端面の剥離強度は弱いものとなっている。 Usually, the pyrolytic graphite sheet has a predetermined shape by punching with a mold or the like, so that its end surface has a cross-sectional shape obtained by cutting a graphene layer expanded in a plane shape, and the end surface has a shape in which the ab axis direction is exposed. It has become. Since the strength between the graphene layers is not so high, the peel strength at the end face is weak.
これに対して本発明の熱伝導シートは、シートの端面でグラフェン層のc軸と垂直な面が露出するようにしたものである。ここでグラフェン層のc軸と垂直な面が露出するとは、その端面の60%以上がc軸と垂直な面で構成されていることを意味している。このようにすることにより、端面における層間の剥離強度を向上させるとともに、熱伝導シートの厚さ方向の熱伝導性を向上させることができるため、熱伝導性、放熱性に優れた熱伝導シートを得ることができる。 On the other hand, the heat conductive sheet of the present invention is such that a surface perpendicular to the c-axis of the graphene layer is exposed at the end face of the sheet. Here, the fact that the surface perpendicular to the c-axis of the graphene layer is exposed means that 60% or more of the end surface is composed of a surface perpendicular to the c-axis. By doing in this way, while improving the peeling strength of the interlayer in an end surface, and the heat conductivity of the thickness direction of a heat conductive sheet can be improved, the heat conductive sheet excellent in heat conductivity and heat dissipation is obtained. Can be obtained.
なお、グラファイトシートの端面は、図2のように、c軸と垂直な面を向いたグラフェン層14が鱗状に重なるように構成されていることが好ましく、このようにすることにより端面における方熱性をさらに向上させることができる。
The end face of the graphite sheet is preferably configured such that the
次に本発明の一実施の形態における熱伝導シートの製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the heat conductive sheet in one embodiment of this invention is demonstrated.
まず厚さ約100μmのポリイミドシートを炭化したあと、約2700℃で熱処理することによりグラファイト化し、これをローラでなめすことにより、厚さ約70μmの熱分解グラファイトシート11を得る。 First, a polyimide sheet having a thickness of about 100 μm is carbonized and then graphitized by heat treatment at about 2700 ° C., and this is licked with a roller to obtain a pyrolytic graphite sheet 11 having a thickness of about 70 μm.
次に熱分解グラファイトシート11の上面側に厚さ約30μmのポリエチレンテレフタレートからなる絶縁シート12を貼り合わせる。さらに熱分解グラファイトシートの下面側に厚さ約10μmの接着シート13を貼り合わせる。絶縁シート12には黒色に着色したものを用いている。接着シート13は、ポリエチレンテレフタレートのシートの両面にアクリル系の粘着材を塗布したものを用いている。
Next, an
次にレーザを用いて、熱分解グラファイトシート11に絶縁シート12を貼り合わせた熱伝導シート18を所定の形状に切断する。
Next, the heat
図3はこの切断工程を説明する図であり、レーザ15から出射されたレーザ光をガルバノミラー16で反射させ、レンズ17を通して熱伝導シート18に照射する。レーザ15にはYAGレーザを用い、ガルバノミラー16およびレンズ17を移動させることにより、レーザ光の照射位置を動かしている。なお、レーザ光はレンズ17により、熱分解グラファイトシート11の上面付近で集光されるようにしている。
FIG. 3 is a diagram for explaining this cutting process. The laser beam emitted from the
熱伝導シート18は、レーザ光が照射される面を絶縁シート12を貼り合わせた面とし、この切断工程は、空気中あるいは酸素雰囲気中で行われる。熱伝導シート18は無酸素雰囲気でも切断することはできるが、空気中あるいは酸素雰囲気中とすることで、より低パワーで切断することができる。グラファイトシートがむき出しの状態で、空気中あるいは酸素雰囲気中でレーザ加工しようとすると、グラファイトシートは面方向への熱伝導性に優れるため、レーザ照射位置の周辺も高温となる。グラファイトシートは炭素でできているため、高温となると酸素と結合してガス化してしまう。そのため、切断面はテーパ状となってしまう。
The heat
これに対して本実施の形態のようにグラファイトシート11の表面に絶縁シート12が貼り合わされているため、レーザ光を照射した位置以外は酸素と触れ合わないため、ほぼ垂直な面とすることができる。
On the other hand, since the
以上のような方法によりグラファイトシートを切断することにより、グラファイトシートの切断面を、グラファイトシートを構成する各グラフェン層のc軸と垂直な面が露出するようにすることができる。 By cutting the graphite sheet by the method as described above, the cut surface of the graphite sheet can be exposed so that the surface perpendicular to the c-axis of each graphene layer constituting the graphite sheet is exposed.
さらに、レーザのパワーは、一回のスキャンでグラファイトシート11が切断されない程度のパワーで照射し、同じ位置を3回繰り返してスキャンすることにより、グラファイトシート11を切断している。通常複数回に分けて切断しても、切断したときの熱により周辺の温度が上昇してうまく切ることが難しくなるが、グラファイトシートは面方向への熱伝導性に優れているため、ほとんど影響を受けずに切断することができる。 Further, the graphite sheet 11 is cut by irradiating the laser beam at such a power that the graphite sheet 11 is not cut by a single scan and repeatedly scanning the same position three times. Even if it is cut in multiple steps, the surrounding temperature rises due to the heat at the time of cutting, making it difficult to cut well, but the graphite sheet has excellent thermal conductivity in the surface direction, so it has little effect Can be cut without receiving.
このように切断を複数回に分けて少しずつ切断していくことにより、さらにc軸と垂直な面を向いたグラフェン層が鱗状に重なるようにすることができる。以上のようにすることにより、端面における層間の剥離強度を向上させるとともに、熱伝導シートの厚さ方向の熱伝導性を向上させることができるため、熱伝導性、放熱性に優れた熱伝導シートを得ることができる。 In this way, by dividing the cutting into a plurality of times and gradually cutting, the graphene layer facing the plane perpendicular to the c-axis can be overlapped like a scale. By doing as described above, it is possible to improve the peel strength between the layers at the end face, and to improve the thermal conductivity in the thickness direction of the thermal conductive sheet, so that the thermal conductive sheet excellent in thermal conductivity and heat dissipation Can be obtained.
また、絶縁シート12はレーザ光を吸収しやすいものであることが望ましく、本実施の形態のように、黒色等に着色したものを用いることが望ましい。
The
本発明に係る熱伝導シートおよびその製造方法は、剥離強度が強く、グラファイトシートの面積を大きくすることにより、熱伝導性、放熱性に優れた熱伝導シートを得ることができ、さらに複雑な形状も自由に形成することができ、産業上有用である。 The heat conductive sheet and the method for producing the same according to the present invention have a strong peel strength, and by increasing the area of the graphite sheet, it is possible to obtain a heat conductive sheet having excellent heat conductivity and heat dissipation, and a more complicated shape. Can be formed freely and is industrially useful.
11 グラファイトシート
12 絶縁シート
13 接着シート
14 グラフェン層
15 レーザ
16 ガルバノミラー
17 レンズ
18 熱伝導シート
11
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WO2015155940A1 (en) * | 2014-04-08 | 2015-10-15 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Heat-conductive sheet and production method therefor |
JP2017112334A (en) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | 株式会社サーモグラフィティクス | Heat conduction structure, manufacturing method of the same, cooling device, and semiconductor module |
US10292718B2 (en) | 2015-07-02 | 2019-05-21 | Viant As&O Holdings, Llc | Graphene-enhanced orthopedic cutting instruments |
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