散热部件
文献发布时间:2023-06-19 12:14:58
技术领域
本说明书公开与散热部件相关的技术。
背景技术
日本特开2016-28880号公报(以下称为专利文献1)中公开一种在散热层(基材)的表面设置有隔热层的散热部件。具体而言,对于专利文献1的散热部件,采用粘结层(树脂),将使二氧化硅气溶胶含浸于无纺布得到的隔热层与石墨层(基材)的表面接合。像这样的结构的散热部件能够对热源产生的热进行散热,并且,能够抑制热源产生的热向散热部件的周围空间传递。即,专利文献1的散热部件能够不使热源周围的环境温度上升地对热源产生的热进行散热。
发明内容
专利文献1的散热部件在智能手机等电子设备中进行使用。电子设备内所配置的热源(电子元器件)最大上升至100℃左右。专利文献1的散热部件虽然具有充分的对温度上升至100℃左右的热源的热进行散热的功能,但是,很难应用于温度上升至更高温度的热源。例如,如果将专利文献1的散热部件用于温度上升至500℃以上的热源,则散热部件本身劣化(石墨层本身的劣化、石墨层与隔热层的剥离等),无法发挥出充分的功能。即,专利文献1的散热部件的用途有限,通用性低。本说明书的目的在于,提供通用性高的散热部件。
本说明书中公开的散热部件对热源产生的热进行散热。该散热部件可以具备:基材,该基材的气孔率为5体积%以下;以及无机多孔质层,该无机多孔质层设置于基材的表面,且气孔率为25体积%以上85体积%以下,热传导率低于基材的热传导率。另外,无机多孔质层可以包含陶瓷纤维,无机多孔质层的构成成分中的15质量%以上为氧化铝。
附图说明
图1以立体图示出散热部件的形态。
图2示出散热部件的使用例的截面图。
图3以立体图示出散热部件的变形例。
图4以立体图示出散热部件的变形例。
图5以立体图示出散热部件的变形例。
图6以立体图示出散热部件的变形例。
图7以立体图示出散热部件的变形例。
图8示出实验例中使用的试样的原料配合量。
图9示出实验例的结果。
具体实施方式
本说明书中公开的散热部件可以用于例如将热源产生的热向远离热源的位置散热。散热部件具备基材和无机多孔质层,该无机多孔质层设置于基材的表面,且热传导率低于基材的热传导率。基材作为对热源产生的热进行散热的散热板本身、或者、将热源产生的热向在远离热源的位置所设置的散热板传递的热传递材料发挥作用。无机多孔质层作为将热源与热源的周围空间进行热隔绝的隔热材料发挥作用。应予说明,本说明书中公开的散热部件在基材的表面具备无机多孔质层,因此,能够适合用作上升至1000℃以上的高温的热源的散热部件。
基材具有能够发挥出作为散热材料的功能的热传导率即可,虽然取决于使用目的,不过,例如,热传导率可以为10W/mK以上400W/mK以下。应予说明,基材的热传导率可以为50W/mK以上,也可以为100W/mK以上,还可以为150W/mK以上,还可以为200W/mK以上。另外,基材的热传导率可以为350W/mK以下,也可以为300W/mK以下,还可以为250W/mK以下,还可以为200W/mK以下,还可以为150W/mK以下。
基材可以为致密的结构,具体而言,气孔率可以为5体积%以下,以便确保高热传导率。基材的气孔率越小越理想,可以为5体积%以下,也可以为3体积%以下,还可以为1体积%以下,可以实质上为0体积%(检测极限以下)。
另外,基材可以由热膨胀系数比较低的材料形成。热源的温度变化所伴随的散热部件(基材)的尺寸变化(膨胀、收缩)得以抑制,散热部件的耐久性提高。即,通过使基材的热膨胀系数降低,能够抑制由尺寸变化所导致的基材和/或无机多孔质层劣化、基材与无机多孔质层的剥离等。具体而言,基材的热膨胀系数可以为11×10
基材的材料没有特别限定,可以为金属、合金、陶瓷等。作为金属的一个例子,可以举出:钼、钨、铁等。作为合金的一个例子,可以举出:可伐合金、因瓦合金、碳钢、铬钢、镍钢、不锈钢等。作为陶瓷的一个例子,可以举出:AlN、SiC、SiO
无机多孔质层可以仅设置于基材的一面(表面),也可以设置于基材的两面(表面及背面)。另外,无机多孔质层可以将空开间隔对置的2个基材的两个表面均覆盖。换言之,可以在1个无机多孔质层的两面接合有基材(第一基材、第二基材)。这种情况下,能够防止配置于第一基材侧的第一设备产生的热向配置于第二基材侧的第二设备施加,并且,能够通过第一基材而对第一设备产生的热进行散热。同样地,能够防止第二设备的热向第一设备施加,并且,能够通过第二基材而对第二设备产生的热进行散热。即,通过在1个无机多孔质层的两面接合基材,除了能够作为针对多个设备(热源)的散热部件发挥作用,还能够作为对设备之间进行隔热的隔板发挥作用。
散热部件的形状(基材的形状)没有特别限定,可以为线状(丝状)、板状(片状)。基材为线状的情况下,无机多孔质层可以将基材的外周面覆盖。基材为板状的情况下,无机多孔质层可以将基材的整个露出面覆盖,也可以将厚度方向端部的面(表面、和/或、背面)覆盖,还可以将宽度方向端部的面(侧面)覆盖,还可以将长度方向端部的面覆盖。另外,基材为板状的情况下,无机多孔质层可以将第一板状基材(第一基材)的表面和第二板状基材(第二基材)的背面这两者均覆盖。
无机多孔质层可以将基材表面的整面覆盖,也可以将基材表面的一部分覆盖。例如,无机多孔质层可以将基材的除了端部(一端或两端)以外的部分覆盖。另外,无机多孔质层将板状的基材的表面和背面(厚度方向端部的面)均覆盖的情况下,无机多孔质层可以将表面和背面的除了一部分(例如、长度方向上的一端或两端)以外的部分覆盖。或者,无机多孔质层可以为:针对背面将整体覆盖而针对表面将例如长度方向上的除了两端以外的部分覆盖等,即在表面和背面覆盖的范围不同。
无机多孔质层可以为能够发挥出作为将热源(暴露于热源中的基材)与热源的周围空间进行隔热的隔热层的功能的热传导率。无机多孔质层的热传导率可以低于基材的热传导率,例如可以为0.05W/mK以上3W/mK以下。应予说明,无机多孔质层的热传导率可以为0.1W/mK以上,也可以为0.2W/mK以上,还可以为0.3W/mK以上,还可以为0.5W/mK以上,还可以为1W/mK以上,还可以为2W/mK以上。另外,无机多孔质层的热传导率可以为2W/mK以下,也可以为1W/mK以下,还可以为0.5W/mK以下,还可以为0.3W/mK以下,还可以为0.2W/mK以下,还可以为0.1W/mK以下。
如上所述,散热部件通过基材而对热源产生的热进行散热,并通过无机多孔质层而对热源(或基材)与热源的周围空间进行隔热。因此,基材和无机多孔质层优选热传导率之差较大。具体而言,基材的热传导率可以为无机多孔质层的热传导率的100倍以上。另外,基材的热传导率可以为无机多孔质层的热传导率的300倍以上,也可以为无机多孔质层的热传导率的500倍以上,还可以为无机多孔质层的热传导率的600倍以上,还可以为无机多孔质层的热传导率的1000倍以上。
无机多孔质层可以在厚度方向(从与基材表面接触的面至暴露于外部环境中的面为止的范围)上由均匀的材料构成。即,无机多孔质层可以为单层。另外,无机多孔质层可以在厚度方向上由组成不同的多个层构成。即,无机多孔质层可以为多个层进行层叠得到的多层结构。或者,无机多孔质层可以为在厚度方向上组成逐渐变化的梯度结构。无机多孔质层为单层的情况下,能够容易地进行散热部件的制造(将无机多孔质层在基材表面成型的工序)。无机多孔质层为多层或梯度结构的情况下,能够在厚度方向上使无机多孔质层的特性发生变化。无机多孔质层的结构(单层、多层、梯度结构)可以根据应用散热部件的使用环境进行适当选择。
无机多孔质层可以包含陶瓷纤维。即,无机多孔质层可以由母料(基质)和陶瓷纤维构成。陶瓷纤维抑制无机多孔质层的强度(机械强度)降低。另外,通过无机多孔质层包含陶瓷纤维,使得无机多孔质层本身能够吸收基材与无机多孔质层的热膨胀系数差的影响。具体而言,由于无机多孔质层能够追随基材的尺寸变化(热膨胀、热收缩)而进行变形,所以能够防止无机多孔质层自基材剥离。
无机多孔质层可以包含15质量%以上的氧化铝成分。即,无机多孔质层的构成成分中的15质量%以上可以为氧化铝。通过包含15质量%以上的氧化铝成分,能够将无机多孔质层的熔点维持在较高水平,即便热源处于高温,也能够维持散热部件(无机多孔质层)的形状,使散热部件的耐久性得到提高。另外,氧化铝的热膨胀系数比较小(7.2×10
无机多孔质层中,作为基质,可以包含热膨胀系数小于5×10
热膨胀系数小于5×10
无机多孔质层的气孔率可以为25体积%以上85体积%以下。如果气孔率为25体积%以上,则无机多孔质层能够充分发挥出作为隔热层的功能。如果气孔率为85体积%以下,则可充分确保无机多孔质层的强度,能够使散热部件(无机多孔质层)的耐久性提高。应予说明,无机多孔质层的气孔率可以为30体积%以上,也可以为40体积%以上,还可以为50体积%以上,还可以为60体积%以上,还可以为62体积%以上,还可以为64体积%以上,还可以为68体积%以上,还可以为70体积%以上。另外,无机多孔质层的气孔率可以为80体积%以下,也可以为70体积%以下,还可以为68体积%以下,还可以为66体积%以下,还可以为64体积%以下,还可以为62体积%以下,还可以为60体积%以下。应予说明,无机多孔质层为多层结构或梯度结构的情况下,无机多孔质层的气孔率整体为25体积%以上85体积%以下即可,气孔率在厚度方向上可以不同。这种情况下,可以局部存在气孔率小于25体积%的部分或者气孔率超过85体积%的部分。
无机多孔质层的热膨胀系数可以根据基材的热膨胀系数进行调整,没有特别限定,可以为1×10
如上所述,通过降低基材与无机多孔质层的热膨胀系数差,即便散热部件随着热源的温度变化而发生尺寸变化(热膨胀、热收缩),也能够抑制基材与无机多孔质层的剥离等。因此,在将无机多孔质层的热膨胀系数设为α1,将基材的热膨胀系数设为α2时,可以调整两者的热膨胀系数,以使它们满足下式1。应予说明,“α1/α2”的值可以为0.55以上,也可以为0.6以上,还可以为0.7以上,还可以为0.8以上,还可以为0.9以上,还可以为1以上,还可以为1.1以上。另外,“α1/α2”的值可以为1.1以下,也可以为1.0以下,还可以为0.9以下,还可以为0.8以下,还可以为0.7以下,还可以为0.65以下。
式1:0.5<α1/α2<1.2
无机多孔质层的厚度取决于使用目的(需求性能),不过,可以为1mm以上。如果无机多孔质层的厚度为1mm以上,则能够充分发挥出隔热性。应予说明,未使用陶瓷纤维的无机多孔质层的情况下,由于在制造过程(例如烧成工序)中发生收缩,所以很难将厚度维持在1mm以上。本说明书中公开的无机多孔质层包含陶瓷纤维,因此,制造过程中的收缩得以抑制,能够维持1mm以上的厚度。应予说明,如果无机多孔质层的厚度过厚,则难以得到与成本(制造成本、材料成本)匹配的特性提高。因此,虽然没有特别限定,不过,无机多孔质层的厚度可以为30mm以下,也可以为20mm以下,还可以为15mm以下,还可以为100mm以下,还可以为5mm以下。
无机多孔质层中可以包含0.1μm以上10μm以下的粒状粒子。将无机多孔质层成型(烧成)时,陶瓷纤维彼此借助粒状粒子而粘结,得到高强度的无机多孔质层。
陶瓷粒子可以用作将后述的板状陶瓷粒子、陶瓷纤维等形成无机多孔质层的骨架的骨料彼此接合的接合材料。陶瓷粒子可以为0.1μm以上10μm以下的粒状粒子。应予说明,陶瓷粒子的粒径可以在制造过程(例如烧成工序)中通过烧结等而增大。即,作为制造无机多孔质层的原料,陶瓷粒子可以为0.1μm以上10μm以下(烧成前的平均粒径)的粒状粒子。应予说明,陶瓷粒子可以为0.5μm以上,也可以为5μm以下。作为陶瓷粒子的材料,可以利用热膨胀系数较小的(小于5×10
对于本说明书中公开的散热部件,可以在无机多孔质层中包含板状陶瓷粒子。通过采用板状陶瓷粒子,可以将陶瓷纤维的一部分置换为板状陶瓷粒子。典型地为:板状陶瓷粒子的长度(长度方向尺寸)比陶瓷纤维的长度短。因此,通过采用板状陶瓷粒子,无机多孔质层内的传热路径被切断,不易发生无机多孔质层内的热传递。结果,无机多孔质层的隔热性能进一步提高。应予说明,“板状陶瓷粒子”是指:纵横尺寸比为5以上、长度方向尺寸为5μm以上100μm以下的陶瓷粒子。
板状陶瓷能够在无机多孔质层内作为骨料、补强材料发挥作用。即,板状陶瓷与陶瓷纤维同样地,使无机多孔质层的强度提高,此外,抑制制造工序中无机多孔质层发生收缩。应予说明,通过采用板状陶瓷粒子,能够将无机多孔质层内的传热路径切断。因此,与作为骨料仅采用陶瓷纤维的方式相比较,热源产生的热不易在无机多孔质层内传导,能够对热源与散热部件的周围环境进一步进行隔热。
板状陶瓷粒子可以为矩形板状或者针状,长度方向尺寸可以为5μm以上100μm以下。如果长度方向尺寸为5μm以上,则能够抑制陶瓷粒子的过剩烧结。如果长度方向尺寸为100μm以下,则如上所述得到将无机多孔质层内的传热路径切断的效果,能够很好地适用于高温环境下采用的散热部件。另外,板状陶瓷粒子的纵横尺寸比可以为5以上100以下。如果纵横尺寸比为5以上,则能够良好地抑制陶瓷粒子烧结,如果纵横尺寸比为100以下,则板状陶瓷粒子本身的强度降低得以抑制。应予说明,作为板状陶瓷粒子的材料,除了可以采用上述的作为陶瓷粒子的材料使用的金属氧化物以外,还可以采用滑石(Mg
如上所述,对于本说明书中公开的散热部件,无机多孔质层包含陶瓷纤维。陶瓷纤维能够在无机多孔质层内作为骨料、补强材料发挥作用。即,陶瓷纤维使无机多孔质层的强度提高,此外,抑制制造工序中无机多孔质层发生收缩。陶瓷纤维的长度可以为50μm以上200μm以下。另外,陶瓷纤维的直径(平均直径)可以为1~20μm。无机多孔质层内的陶瓷纤维的体积率(陶瓷纤维在构成无机多孔质层的材料中所占据的体积率)可以为5体积%以上25体积%以下。通过包含5体积%以上的陶瓷纤维,能够在无机多孔质层的制造过程(烧成工序)中充分抑制无机多孔质层内的陶瓷粒子收缩。另外,通过使陶瓷纤维的体积率为25体积%以下,能够将无机多孔质层内的传热路径切断,并能够很好地适用于高温环境下使用的散热部件。应予说明,作为陶瓷纤维的材料,可以采用与上述的板状陶瓷粒子的材料同样的材料。
另外,无机多孔质层内的骨料、补强材料(陶瓷纤维、板状陶瓷粒子等。以下简称为骨料)的含有率可以为15质量%以上50质量%以下。如果无机多孔质层内的骨料的含有率为15质量%以上,则能够充分抑制烧成工序中的无机多孔质层收缩。另外,如果无机多孔质层内的骨料的含有率为50质量%以下,则骨料彼此通过陶瓷粒子而良好地接合。无机多孔质层内的骨料的含有率可以为20质量%以上,也可以为30质量%以上,还可以为40质量%以上。另外,无机多孔质层内的骨料的含有率可以为40质量%以下,也可以为30质量%以下。
如上所述,陶瓷纤维及板状陶瓷粒子均能够在无机多孔质层内作为骨料、补强材料发挥作用。但是,为了可靠地抑制在散热部件制作后(烧成后)无机多孔质层发生收缩,即便在作为骨料采用陶瓷纤维和板状陶瓷粒子这两者的情况下,无机多孔质层内的陶瓷纤维的含量也可以为至少5质量%以上。应予说明,陶瓷纤维的含量可以在5质量%以上50质量%以下之间进行调整。
作为骨料采用陶瓷纤维和板状陶瓷粒子这两者的情况下,板状陶瓷粒子在骨料整体中所占据的比例(重量比)可以为90%以下。即,按质量比计,骨料的至少10%以上可以为陶瓷纤维。板状陶瓷粒子在骨料整体中所占据的比例可以为60%以下,也可以为50%以下,还可以为40%以下,还可以为34%以下。另外,板状陶瓷粒子在骨料整体中所占据的比例可以为33%以上,也可以为40%以上,还可以为50%以上,还可以为60%以上。具体而言,无机多孔质层内的板状陶瓷粒子的含量可以为10质量%以上,也可以为20质量%以上,还可以为30质量%以上。另外,板状陶瓷粒子的含量可以为30质量%以下,也可以为20质量%以下,还可以为10质量%以下。
如上所述,无机多孔质层可以由陶瓷粒子(粒状粒子)、板状陶瓷粒子、陶瓷纤维中的1种以上材料构成。应予说明,陶瓷粒子、板状陶瓷粒子及陶瓷纤维中,作为构成成分,可以包含氧化铝、堇青石、二氧化钛等。换言之,可以通过氧化铝、堇青石、二氧化钛等形成陶瓷粒子、板状陶瓷粒子、陶瓷纤维。无机多孔质层按构成材料(构成物质)整体计包含15质量%以上的氧化铝成分即可。无机多孔质层中,基质和陶瓷纤维的构成成分任意,不过,至少包含陶瓷纤维。
应予说明,特别是在高温环境下使用的散热部件中,无机多孔质层中包含的SiO
形成无机多孔质层时,可以使用将陶瓷粒子、板状陶瓷粒子、陶瓷纤维、以及粘合剂、造孔材料、溶剂混合得到的原料。作为粘合剂,可以使用无机粘合剂。作为无机粘合剂的一个例子,可以举出:氧化铝溶胶、二氧化硅溶胶、二氧化钛溶胶、氧化锆溶胶等。这些无机粘合剂能够使烧成后的无机多孔质层的强度提高。作为造孔材料,可以使用:高分子系造孔材料、碳系粉末等。具体而言,可以举出:丙烯酸树脂、三聚氰胺树脂、聚乙烯粒子、聚苯乙烯粒子、炭黑粉末、石墨粉末等。造孔材料根据目的而可以为各种形状,例如可以为球状、板状、纤维状等。通过选择造孔材料的添加量、尺寸、形状等,能够调整无机多孔质层的气孔率、气孔尺寸。溶剂为能够不对其他原料造成影响地调整原料的粘度的物质即可,例如可以使用水、乙醇、异丙醇(IPA)等。
应予说明,上述的无机粘合剂也是无机多孔质层的构成材料。因此,在形成无机多孔质层时采用氧化铝溶胶、二氧化钛溶胶等的情况下,无机多孔质层按包含无机粘合剂的构成材料整体计包含15质量%以上的氧化铝成分即可。
对于本说明书中公开的散热部件,可以在基材表面涂布上述原料,经干燥、烧成而在基材表面形成无机多孔质层。作为原料的涂布方法,可以采用浸渍涂布、旋转涂布、喷雾涂布、狭缝口模涂布、喷镀、气溶胶沉积(AD)法、印刷、刷毛涂布、刮涂、模铸成型等。应予说明,无机多孔质层的目标厚度较厚、或者、无机多孔质层为多层结构的情况下,可以反复进行多次原料的涂布、原料的干燥,调整为目标厚度、或者、多层结构。上述涂布方法也可用作形成后述被覆层的涂布方法。
另外,对于本说明书中公开的散热部件,可以在无机多孔质层的与设置有基材的面相反一侧的面设置有被覆层。即,无机多孔质层可以被基材和被覆层夹着。应予说明,被覆层可以设置于无机多孔质层的基材(与设置有基材的面相反一侧的面)的整面,也可以设置于无机多孔质层的表面的一部分。通过设置被覆层,能够对无机多孔质层予以保护(补强)。
被覆层的材料可以为多孔质或致密质的陶瓷。作为被覆层中使用的多孔质陶瓷的一个例子,可以举出:氧化锆(ZrO
被覆层的材料可以为多孔质或致密质的玻璃。通过作为被覆层采用多孔质或致密质的玻璃,也能够对无机多孔质层进行补强,抑制无机多孔质层自基材的表面剥落。另外,被覆层的材料可以为金属。通过在无机多孔质层的表面设置金属层,能够反射来自外部的辐射热,能够进一步抑制热施加于基材。
(散热部件的形态)
参照图1及图2,对散热部件10的形态进行说明。如图1所示,散热部件10具备:氮化铝制的基材2、以及设置于基材2的两面(厚度方向端面的两个面)的多孔质保护层4。多孔质保护层4为无机多孔质层的一个例子。多孔质保护层4与基材2的一个面(背面)的整面接合,在另一个面(表面)与基材2的长度方向上的除了端部(两个端部)2a、2b以外的中间部分接合。应予说明,虽然省略图示,不过,在基材2的侧面(4个面)也设置有多孔质保护层4。散热部件10为将一个端部2a(发热部侧)的热向另一个端部2b(散热部侧)传递的热传导部件。
散热部件10如下制造,即,以在基材2的表面的一部分(相当于端部2a、2b的部分)施加有掩膜的状态将基材2浸渍于原料浆料中,进行干燥、烧成,由此制造散热部件10。原料浆料是将作为氧化铝成分的主原料的氧化铝纤维(平均纤维长度140μm)20质量%和板状氧化铝粒子(长度方向尺寸10μm)30质量%的合计50质量%、堇青石粒子(平均粒径1.5μm)50质量%、氧化铝溶胶10质量%(氧化铝溶胶中包含的氧化铝量1.1质量%)、丙烯酸树脂(平均粒径8μm)40质量%、以及乙醇混合而制作成的。应予说明,氧化铝溶胶、丙烯酸树脂及乙醇是以外加的方式加入到氧化铝纤维及堇青石粒子中的。另外,原料浆料调整成粘度为2000mPa·s。
将基材2浸渍于上述原料浆料中而在基材2的表面和背面涂布原料后,将基材2放入干燥机中,于200℃(大气气氛)使其干燥1小时。由此,在基材2的表面和背面形成有约300μm的多孔质保护层。然后,反复进行3次将基材2浸渍于上述原料浆料中并进行干燥的工序,在基材2的表面和背面形成1.2mm的多孔质保护层。然后,将基材2配置于电炉内,于800℃(大气气氛)进行3小时烧成,制作散热部件10。得到的散热部件10中,多孔质保护层4的气孔率为67体积%,热膨胀系数为4.5×10
图2示出将散热部件10与发热部20及散热部(散热板)22接合的状态。散热部件10的一个端部2a与发热部20接合,另一个端部2b与散热部22接合。由发热部20接受到的热在基材2内移动,在散热部22被散热。由于在热传导部件10的表面(中间部分)及背面接合有多孔质保护层4,所以,抑制了在发热部(热源)20与散热部22之间从基材2进行散热。因此,能够抑制热施加于在热传导部件10的表面附近的空间30及散热部件10的背面附近的空间32所设置的设备等。
(散热部件的变形例)
以下,对散热部件的变形例(散热部件10a~10e)进行说明。散热部件10a~10e与散热部件10进行比较,区别在于基材的形状、多孔质保护层的形成位置及被覆层的有无。对于散热部件10a~10e,根据目的调整了施加掩膜的位置、多孔质保护层的形成条件、及形成多孔质保护层后的烧成条件等,不过,经过实质上与散热部件10相同的工序而制造。以下的说明中,针对与散热部件10共通的特征有时省略说明。
图3所示的散热部件10a仅在基材2的表面(厚度方向端面中的一个面)设置有多孔质保护层4。散热部件10a中,将基材2的背面的一个端部2a与发热部接合,并将另一个端部2b与散热部(散热板)接合。散热部件10a中,通过多孔质保护层4而抑制发热部的热向散热部件10a的表面侧(设置有多孔质保护层4的一侧)散热,并且,能够将一个端部2a的热向另一个端部2b传递。应予说明,散热部件10a中,可以与散热部件10同样地,在基材2的长度方向上的除了端部(两个端部)2a、2b以外的中间部分设置有多孔质保护层4(也参照图1)。这种情况下,可以将发热部和/或散热部与基材2的表面接合。
图4所示的散热部件10b为散热部件10a的变形例。散热部件10b中,在多孔质保护层4的表面(与设置有基材2的面相反一侧的面)设置有被覆层6。被覆层6如下形成,即,在基材2的表面形成多孔质保护层4后,采用喷涂,在多孔质保护层4的表面涂布原料浆料,经干燥、烧成而成型。用于将被覆层6成型的原料浆料是将氧化铝纤维(平均纤维长度140μm)20质量%、板状氧化铝粒子(长度方向尺寸10μm)30质量%的合计50质量%、堇青石粒子(平均粒径1.5μm)50质量%、氧化铝溶胶10质量%(氧化铝溶胶中包含的氧化铝量1.1质量%)以及乙醇混合而制作的。即,用于将被覆层6成型的原料浆料是从用于形成多孔质保护层4的原料浆料中除去了造孔材料(丙烯酸树脂)的材料。被覆层6与多孔质保护层4相比较具有致密的结构,因此,作为多孔质保护层4的补强材料发挥作用。应予说明,被覆层6的材料可以根据目的而适当变更为例如上述的材料。另外,散热部件10b中,也可以在基材2的长度方向上的除了端部(两个端部)2a、2b以外的中间部分设置有多孔质保护层4。这种情况下,可以将发热部和/或散热部与基材2的表面接合。
图5所示的散热部件10c为散热部件10b的变形例。散热部件10c中,被覆层6在散热部件10c的长度方向上间歇地(局部地)设置于多孔质保护层4的表面。例如,被覆层6与多孔质保护层4的热膨胀系数差较大的情况下,通过将被覆层6间歇地设置于多孔质保护层4的表面,能够抑制被覆层6自多孔质保护层4剥离。应予说明,散热部件10c中,也可以在基材2的长度方向上的除了端部(两个端部)2a、2b以外的中间部分设置有多孔质保护层4。这种情况下,可以将发热部和/或散热部与基材2的表面接合。另外,散热部件10b、10c的特征(在多孔质保护层的表面设置被覆层)也可以应用于散热部件10、10a。
图6所示的散热部件10d中,在多孔质保护层4的两面(表面和背面)均接合有基材(第一基材2X、第二基材2Y)。换言之,在空开间隔对置的2个基材(第一基材2X、第二基材2Y)连接有1个多孔质保护层4。在第一基材2X接合有配置于第一基材2X侧的热源即第一设备(省略图示),在第一基材2Y接合有配置于第二基材2Y侧的热源即第二设备(省略图示)。第一基材2X及第二基材2Y能够对各设备产生的热进行散热。另外,多孔质保护层4能够抑制一个设备(例如第一设备)的热向另一个设备(第二设备)施加。即,散热部件410作为针对2个设备的散热板发挥作用,并且,还作为将2个设备之间进行隔热的隔板发挥作用。
图7所示的散热部件10e中,基材2由线状(line状)的金属形成。散热部件10e中,线状的基材2的长度方向上的端部(两个端部)2a、2b露出。即,散热部件10e中,在基材2的除了端部2a、2b以外的中间部分接合有多孔质保护层4。散热部件10e与散热部件10~10d同样地,将一个端部2a与发热部接合,将另一个端部2b与散热部接合,由此能够将发热部(热源)的热在散热部进行散热。应予说明,散热部件10e中,在长度方向上的中间部分设置有多孔质保护层4,因此,能够抑制热向中间部分的周围所存在的元器件施加。
(实验例)
如上所述,多孔质保护层如下制作,即,将氧化铝主成分(氧化铝纤维及板状氧化铝粒子)、堇青石粒子、氧化铝溶胶、丙烯酸树脂及乙醇混合,制作原料浆料,使基材(氮化铝、金属)浸渍于原料浆料中后,进行干燥及烧成,由此制作多孔质保护层。本实验例中,为了确认氧化铝成分量对多孔质保护层的特性带来的影响,使氧化铝成分及堇青石粒子的比例发生变化,确认烧成后的多孔质保护层的状态。
具体而言,使氧化铝纤维、板状氧化铝粒子、二氧化钛粒子及堇青石粒子的配合量按图8所示进行变化,并按氧化铝纤维、板状氧化铝粒子、二氧化钛粒子及堇青石粒子的合计为100质量%进行配合,进而,以外加形式加入氧化铝溶胶10质量%(氧化铝溶胶中包含的氧化铝量1.1质量%)、丙烯酸树脂40质量%,用乙醇调整浆料粘度,制作原料浆料。应予说明,试样6、9~13未使用板状氧化铝粒子,试样1及7~12未使用二氧化钛粒子。然后,在氮化铝板(基材)涂布原料浆料,在大气气氛、200℃使其干燥1小时后,在大气气氛、800℃进行3小时烧成。此外,调整各试样中的原料浆料的涂布次数(氮化铝板的浸渍次数),以使在氮化铝板上形成约1.2mm的多孔质保护层。应予说明,试样10中,作为基材,采用碳化硅板来代替氮化铝板。另外,试样11中,作为基材,采用氮化硅板来代替氮化铝板。
对烧成后的试样进行外观的评价。对于外观评价,通过肉眼观察有无发生开裂、剥离等。图9中,对没有发生开裂、剥离等的试样标记“〇”,对发生了开裂、剥离等的试样标记“×”。
另外,针对所制作的试样1~13进行多孔质保护层中的氧化铝成分的比例(质量%)的测定。另外,针对多孔质保护层及基材进行气孔率(体积%)、热传导率及热膨胀系数的测定。应予说明,对多孔质保护层和基材分别测定气孔率、热传导率及热膨胀系数。关于氧化铝成分,采用ICP发光分析装置((株)日立高新科技制、PS3520UV-DD)测定铝量,示出氧化物换算(Al
关于气孔率,采用水银孔度计,依据JIS R1655(精细陶瓷的利用压汞法进行的成型体气孔径分布试验方法)测定总孔容(单位:cm
式2:气孔率[%]=总孔容/{(1/表观密度)+总孔容}×100
关于热传导率,将热扩散率、比热容及体积密度相乘,计算出热传导率。依据JISR1611(精细陶瓷的利用激光闪光法进行的热扩散率、比热容、热传导率试验方法),在室温下,采用激光闪光法热常数测定装置测定热扩散率,采用DSC(差示扫描量热仪)测定比热容。另外,由下式(3)计算出体积密度(单位:cm
式3:体积密度=表观密度×(1-气孔率[%]/100)
关于热膨胀系数,将上述的原料浆料成型为3mm×4mm×20mm的块体后,将块体于800℃进行烧成,制作测定用试样。然后,采用热膨胀计,依据JIS R1618(精细陶瓷的利用热机械分析进行的热膨胀测定方法),对测定用试样进行测定。将测定结果示于图9。
如图9所示,氧化铝成分为15质量%以上的试样(试样1~11)在烧成后的多孔质保护层没有确认到开裂及剥离。另一方面,氧化铝成分小于15质量%(6质量%、12质量%)的试样12及13在烧成后的多孔质保护层确认到了开裂及剥离。由该结果推测:试样12及13由于氧化铝成分的比例小于15质量%,所以陶瓷(粒子、纤维)间的粘结力降低,在多孔质保护层发生了开裂。另外,试样12与试样1~11相比较,多孔质保护层相对于基材的热膨胀系数比比较小(α1/α2=0.5)。另一方面,试样13与试样1~11相比较,多孔质保护层相对于基材的热膨胀系数比比较大(α1/α2=1.3)。由该结果推测原因在于:如果多孔质保护层相对于基材的热膨胀系数比(α1/α2)偏离规定的范围(0.5<α1/α2<1.2),则因基材与无机多孔质层间的热膨胀差而导致多孔质保护层容易自基材剥离。通过以上内容确认到:通过使多孔质保护层的构成成分中的15质量%以上为氧化铝成分,使得烧成后的多孔质保护层不易产生开裂及剥离等劣化。应予说明,由试样5、12的结果确认到:即便多孔质保护层中包含的陶瓷纤维(氧化铝纤维)的比例较少(5质量%),如果将基材及多孔质保护层的气孔率调整为适当值,使多孔质保护层包含陶瓷纤维(氧化铝纤维),并且,多孔质保护层的氧化铝成分为15质量%以上,则也能够抑制开裂及剥离的发生。
以上,虽然对本发明的实施方式详细地进行了说明,但是,这些实施方式只不过是示例,并没有对保护范围进行限定。权利要求书中记载的技术中包含对以上例示的具体例进行各种变形、变更得到的例子。另外,本说明书或附图中说明的技术要素单独或者通过各种组合而发挥出技术有用性,并不限定于申请时权利要求中记载的组合。另外,本说明书或附图中例示的技术同时实现多个目的,实现其中的一个目的就具有技术有用性。
- 散热部件以及采用该散热部件的装置、框体、电脑支持台、散热部件制造方法
- 散热部件、散热部件的制造方法、电子装置、电子装置的制造方法、一体型模块、信息处理系统