熱伝導率・熱拡散率の制御と測定評価方法【新装版】

商品説明

　近年、携帯機器、電気機器、制御機器及び製造装置の高性能化に伴う放熱制御技術、即ちサーマルマネージメント技術の重要性が強く認識されとともに、放熱や保熱を誘導する部材、構造及びシステムの検討が進められ、一部は実用化されている。用途別に必要とされる熱伝導率は極めて低いものから高いものまで幅広く、熱伝導率という機能をベースとした製品は多岐にわたる。このような背景から、産業界のニーズとして今後も材料の熱伝導率に関する技術開発の要求は強い。 

　本書籍では、高分子、セラミックス、金属の熱伝導率、熱拡散率の制御と高精度測定について評価事例を交えながら解説しています。(「はじめに」より抜粋。一部変更)

発刊にあたって

渡利　広司 産業技術総合研究所 
山田　伊久子 産業技術総合研究所 
古川　幹夫 ユニチカ(株) 
上利　泰幸 大阪市立工業研究所　 
遠藤　晃洋 信越化学工業(株) 
菅　武 藤倉化成(株) 
星野　千里 モメンティブ ・パフォーマンス・ 
マテリアルズ・ジャパン合同会社 
渡辺　佳久 コスモ石油ルブリカンツ(株)　 
小林　達也 (株)タイカ 
岩崎　和男 岩崎技術士事務所 
米屋　勝利 横浜国立大学 
多々見　純一 横浜国立大学 
須山　章子 (株)東芝 
伊藤　義康 (株)東芝 
北山　幹人 福岡工業大学 
折橋　正樹 ソニー(株) 
中嶋　英雄 大阪大学 
千葉　博 三菱電機(株) 
川口　清司 富山大学　 
松本　大平 東洋炭素(株) 
東城　哲朗 東洋炭素(株) 
村上　睦明 (株)カネカ 
阿子島　めぐみ 産業技術総合研究所 
藤野　淳市 福岡大学 
行木　啓記 愛知県産業技術研究所 
加納　喜代継 京都電子工業(株) 
細野　和也 (株)超高温材料研究所 
高橋　文明 名古屋市工業研究所 
山根　常幸 (株)東レリサーチセンター 
池内　賢朗 アルバック理工(株) 
徐　一斌 物質・材料研究機構 
荒木　信幸 静岡理工科大学 
馬場　哲也 産業技術総合研究所 
羽鳥　仁人 (株)ベテル 
富村　寿夫 熊本大学　 
藤井　丕夫 産業技術総合研究所　 
須佐　匡裕 東京工業大学　 
遠藤　理恵 東京工業大学　 
大村　高弘 ニチアス(株) 

内容紹介

第1章　熱伝導率・熱拡散率とは　～基礎から製品まで～ 
　　1.　熱伝導率の基礎 
　　2.　熱伝導率の制御因子 
　　3.　熱伝導率測定技術の進展 
　　4.　高熱伝導率非酸化物セラミックスの開発 
　　5.　熱伝導率材料に関する最近のトピックス 
　　　 
第2章　熱伝導率・熱拡散率の制御技術 
　第1節　高分子・高分子複合材料 
　〔1〕　高熱伝導性フィラー配合樹脂の設計と応用 
　　1.　熱伝導性フィラー 
　　　1.1　フィラー種 
　　　1.2　フィラー形状 
　　2.　熱伝導性フィラーコンパウンド樹脂材料の設計 
　　　2.1　パーコレーションの考え方 
　　　2.2　系の熱伝導率を予測する 
　　3.　熱伝導性フィラーコンパウンド樹脂材料の応用技術 
　　　3.1　フィラーの局在化 
　　　3.2　複合フィラー 
　　　3.3　衝撃強度の改善 

　〔2〕　高分子材料の高熱伝導化の一般的指針と低融点金属を用いた新しい方法 
　　1.　高熱伝導性高分子材料へのニーズ 
　　2.　高分子材料の複合化による熱伝導率に及ぼす影響とこれまでの高熱伝導化の試み 
　　　2.1　粒子分散複合材料の有効熱伝導率に与える影響と予測式 
　　　2.2　熱伝導率に与える影響(高熱伝導化の一般的指針) 
　　　　2.2.1　粒子径や粒子の形状 
　　　　2.2.2　充填量 
　　　　2.2.3　粒子の分散状態 
　　　　2.2.4　分散粒子の配向 
　　　　2.2.5　分散粒子と連続媒体の界面抵抗など 
　　3.　新しい高熱伝導化技術　 
　　　　～低融点金属を用いて連続体を形成させて分散粒子同士の界面抵抗の減少～ 
　　4.　部材として組み込んだときの接触熱抵抗の低減 
　　5.　応用分野と将来性 

　〔3〕　熱伝導性フェイズチェンジシート 
　　1.　放熱材料 
　　2.　フェイズチェンジシートの特徴 
　　3.　シリコーン系フェイズチェンジシート 
　　　3.1　特徴と優位性 
　　　3.2　構造と使用方法 
　　　3.3　多機能化 
　　　3.4　最新開発状況 

　〔4〕　熱伝導性接着剤の特性と設計 
　　1.　Pbはんだ代替導電性接着剤の紹介、及び開発動向について 
　　2.　導電性接着剤に使用される樹脂について 
　　　2.1　導電性接着剤に使用されるエポキシ樹脂について 
　　　2.2　エポキシ系導電性接着剤に使用される硬化剤について 
　　　2.3　エポキシ樹脂とフェノール系の硬化物性について 
　　3.　エポキシ系導電性接着剤の物性について 
　　　3.1　汎用性導電性接着剤、Pbはんだ、Pbフリーはんだの比較 
　　　3.2　Snメッキ電極対応の導電性接着剤について 
　　4.　熱伝導性導電性接着剤 

　〔5-1〕　熱伝導性シリコーンオイルコンパウンドの特性 
　　1.　シリコーンオイルの種類及び特性 
　　2.　熱伝導性フィラー 
　　3.　熱伝導性シリコーンオイルコンパウンドの放熱特性の測定方法 
　　4.　熱伝導性シリコーンオイルコンパウンドの性質 
　　5.　熱伝導性シリコーンオイルコンパウンドの主な用途と使用方法 

　〔5-2〕　非シリコーン系熱伝導性グリースの特性と設計 
　　1.　熱伝導性グリースの特徴 
　　　1.1　グリースタイプTIMの特徴 
　　　1.2　熱伝導性グリースの課題 
　　　　1.2.1　熱抵抗の経時変化の考え方 
　　　　1.2.2　非シリコーン系熱伝導性グリースのニーズ 
　　2.　非シリコーン系熱伝導性グリース 
　　　2.1　組成 
　　　　2.1.1　分散媒 
　　　　2.1.2　充填剤 
　　　2.2　非シリコーン系熱伝導性グリースの特長 
　　　　2.2.1　高熱伝導&薄膜塗布性 
　　　　2.2.2　安全性・環境性能 
　　　　2.2.3　リペア性 
　　　　2.2.4　材料適合性 

　〔6〕　高柔軟・高密着　熱伝導性シリコーンゲルについて 
　　1.　「αGEL」の概要と特長 
　　2.　放熱対策について 
　　　2.1　熱伝導材が必要な理由 
　　　2.2　放熱対策の概要 
　　　2.3　熱伝導材の概要と要求事項 
　　3.　熱伝導シリコーンゲル「λGEL」について 
　　　3.1　高柔軟高密着　ゲル状熱伝導材の必要な理由 
　　　3.2　熱伝導シリコーンゲルの開発コンセプト 
　　　3.3　ベース樹脂をシリコーンとした理由 
　　　3.4　「λGEL」の概要 
　　　3.5　「λGEL」の特長 
　　4.　使用及び選択方法 
　　　4.1　基本性能からの選定 
　　　4.2　製品特徴からによる選定 
　　　4.3　温度特性による選定 
　　　4.4　使用方法からの選定 
　　　4.5　REシリーズ(使用方法からの)選定 
　　5.　評価方法 
　　　5.1　トランジスタ法 
　　　5.2　熱線法 

　〔7〕　断熱材樹脂の特性及び設計 
　　1.　発泡成形法(発泡成形技術)について 
　　　1.1　発泡成形法(発泡成形技術)の分類 
　　　1.2　溶融発泡成形法 
　　　1.3　固相発泡成形法 
　　　1.4　注型発泡成形法 
　　2.　発泡体の気泡構造について 
　　　2.1　発泡体の物性を支配する要因 
　　　2.2　気泡構造のメカニズムの考察事例 
　　　2.3　気泡構造の実測例 
　　3.　発泡体の熱的特性について 
　　　3.1　熱伝導率のモデル式 
　　　3.2　モデル式の実用性 
　　　3.3　発泡剤の選定 
　　4.　気泡形成における材料特性及び材料設計の展開の事例(PURフォームの場合) 
　　　4.1　発泡現象の5段階による解析 
　　　4.2　各段階における挙動解析 

　第2節　セラミックス 
　〔1〕　AlNセラミックスの高熱伝導率化 
　　1.　高熱伝導性セラミックスとしてのAlNの位置づけと課題 
　　2.　AlNの構造と物性 
　　3.　AlN原料粉体の合成法と特徴 
　　4.　焼結助剤の添加によるAlN焼結体の緻密化 
　　5.　AlNの高熱伝導率化 
　　6.　緻密化と高熱伝導率化過程の解析 
　　7.　高熱伝導性AlNの応用展開 
　　　7.1　半導体素子絶縁基板 
　　　7.2　半導体製造用のセラミックヒータ 
　　　7.3　半導体製造用静電チャック 
　　　7.4　樹脂封止用フィラー 

　〔2〕　高強度反応焼結SiCセラミックスと熱的特性 
　　1.　高強度反応焼結SiCの製造プロセス 
　　2.　高強度反応焼結SiCの微構造と材料特性 
　　3.　高強度反応焼結SiCの熱的特性 
　　4.　高強度反応焼結SiCの適用展開 

　〔3〕　Si3N4セラミックスの高熱伝導率化 
　　1.　β-Si3N4の熱伝導率に対する微構造の影響 
　　　1.1　AlNとβ-Si3N4の相違点 
　　　1.2　β-Si3N4における熱伝導率のモデル化 
　　　1.3　βSi3N4の熱伝導率に対する粒子径の影響−モデルの適用例 
　　2.　β-Si3N4の熱伝導率に対する格子固溶酸素の影響 
　　3.　β-Si3N4の熱伝導率に対する希土類焼結助剤の影響 

　第3節　金属 
　〔1〕　金属・合金の設計による熱伝導率制御と電子機器への応用 
　　1.　材料の熱伝導率 
　　2.　各金属放熱材料 
　　　2.1　アルミニウム合金 
　　　　2.1.1　アルミニウム合金の種類 
　　　　2.1.2　その他のアルミニウム合金 
　　　　2.1.3　アルミ合金の応用 
　　　2.2　マグネシウム合金 
　　　　2.2.1　マグネシウム合金の特性 
　　　　2.2.2　マグネシウム合金の成形加工法 
　　　　2.2.3　マグネシウム合金の応用 
　　　2.3　銅 
　　　　2.3.1　銅合金の分類 
　　　　2.3.2　放熱用銅合金 
　　　　2.3.3　ヒートスプレッダとしての応用 
　　　2.4　亜鉛合金 
　　　2.5　鉄系材料 
　　　2.6　チタン材料 

　〔2〕　ポーラス金属の気孔率による熱伝導率制御 
　　1.　測定方法 
　　　1.1　有効熱伝導率の測定原理 
　　　1.2　有効熱伝導率の測定方法 
　　　1.3　比較法 
　　　　1.3.1　試験片温度測定法 
　　　　1.3.2　試験片厚さ変化法 
　　2.　各ポーラス金属と有効熱伝導率の推定式 
　　　2.1　独立気孔(クローズドセル)構造の場合 
　　　2.2　ロータス型構造の場合 
　　　　2.2.1　気孔傾き角θが0°,90°の場合 
　　　2.3　連通気孔(オープンセル)構造の場合 

　〔3〕　ヒートシンクの大きさ・形状設計による放熱制御 
　　1.　ヒートシンクの構造 
　　2.　放熱量とヒートシンク前面流速の関係 
　　3.　ヒートシンクのフィンピッチとフィン長さ 
　　4.　フィンピッチとフィン長さの設計指針 

　第4節　カーボン 
　〔1〕　炭素材料の高熱伝導率化技術 
　　1.　炭素材料の熱伝導率 
　　　・原子スケールからミクロスケールの構造制御 
　　2.　高熱伝導率炭素材料の製造 
　　　・原料選択　・粉砕　・混捏　・成型　・焼成　・黒鉛化　・含浸 
　　3.　炭素材料の複合化 

　〔2〕　高熱伝導性グラファイトシートの特性と応用 
　　1.　いろいろな熱伝導シート 
　　2.　グラファイトの電気・熱伝導の特徴 
　　3.　高熱伝導性グラファイトシート(GS)の作製と物性 
　　4.　熱伝導シートの特性と応用 
　　　4.1　熱拡散効果 
　　　4.2　冷却効果(冷却源と接続した場合) 
　　　4.3　ヒートスポット緩和効果 

第3章　熱伝導率・熱拡散率の標準と測定方法 
　第1節　熱伝導率・熱拡散率の標準について 
　　1.　測定結果の信頼性を議論するために 
　　2.　熱伝導率・熱拡散率の標準整備の現状 
　　　2.1　熱伝導率の標準 
　　　2.2　熱拡散率の標準物質 
　　3.　標準データ 
　　4.　測定規格 
　　5.　標準の利用方法 

　第2節　各種材料の熱伝導率・熱拡散率測定方法の最適選択方法 
　　1.　熱伝導率・熱拡散率の測定方法 
　　2.　熱伝導率・熱拡散率の測定方法の適用範囲 
　　3.　測定結果の信頼性 

　第3節　定常法による熱伝導率の測定 
　　1.　保護熱板法の原理 
　　2.　保護熱板法による装置と方法 
　　3.　保護熱板法を利用または設計する上での注意点 
　　4.　熱流計法および平板比較法の原理 
　　5.　平板比較法による装置と方法 
　　6.　熱流計法あるいは平板比較法を利用または設計する上での注意点 

　第4節　熱線法(プローブ法)による熱伝導率の測定 
　　1.　熱伝導および熱伝導率について 
　　2.　工業製品での熱伝導率の位置づけ 
　　3.　熱線法による測定原理および測定方法 
　　4.　測定事例 

　第5節　面加熱法(ホットディスク法)による熱伝導率・熱拡散率の測定方法 
　　1.　熱伝導の方程式　 
　　2.　熱伝導率、熱拡散率の測定方法 
　　3.　面加熱法の測定原理 
　　4.　センサ形状とホットディスク法への応用 
　　5.　ホットディスク法とその他の非定常法との比較 
　　6.　オプションソフトについて 
　　　6.1　シート状試料の測定 
　　　6.2　異方性試料の測定 
　　　　6.2.1　異方性試料の測定原理 
　　　　6.2.2　異方性試料の測定例 
　　　6.3スラブ測定 

　第6節　レーザフラッシュ法による熱伝導率・熱拡散率の測定方法 
　　1.　熱拡散率 
　　　1.1　試料裏面温度式と試料条件 
　　　1.2　熱拡散率解析法 
　　　　1.2.1　加熱波形の取り扱いと試料厚さ 
　　　　1.2.2　ビオ数の熱拡散率解析値への影響 
　　　　1.2.3　熱拡散率解析法 
　　　1.3　試料表面処理とその補正 
　　　1.4　試料温度測定 
　　　1.5　その他の補正 
　　　　1.5.1　不均質照射 
　　　　1.5.2　熱放射非線形性 
　　　　1.5.3　熱膨張 
　　2.　比熱 
　　　2.1　JISR1611-1997の比熱測定法 
　　　2.2　示差熱量法 
　　3.　レーザフラッシュ法の応用測定 
　　　3.1　積層材任意層の熱拡散率測定 
　　　3.2　2層材の層間熱抵抗測定 

　第7節　周期加熱法による熱伝導率・熱拡散率の測定方法 
　　1.　周期加熱法 
　　2.　光交流法 
　　　2.1　測定原理 
　　　2.2　基板上に作製された薄膜の測定 
　　3.　金属薄膜の測定事例 
　　　3.1　界面領域の熱物性 
　　　3.2　試料作製方法及び測定方法 
　　　3.3　測定結果 
　　　3.4　考察及び結論 

第4章　熱伝導率・熱拡散率の高精度測定・評価事例 
　第1節　薄膜の熱伝導率・熱拡散率の測定・評価 
　　1.　3ω法による薄膜の熱伝導率測定 
　　　1.1　測定原理 
　　　1.2　測定例 
　　2.　2ω法による薄膜の厚さ方向の熱伝導率測定 
　　　2.1　測定原理 
　　　2.2　測定例 
　　　2.3　試料条件 
　　　2.4　応用展開 
　　3.　光交流法による薄膜の面内方向の熱伝導率測定 
　　　3.1　原理 
　　　3.2　測定例 
　　　3.3　試料条件 
　　　3.4　応用展開 

　第2節　複合材料の熱伝導率の評価 
　　1.　SiC粒子増強Al合金複合材料の熱伝導率の評価 
　　2.　界面熱伝導の理論予測 

　第3節　傾斜機能材料の熱伝導率・熱拡散率の測定・評価 
　　1.　傾斜機能材料とは何か 
　　2.　傾斜機能材料の熱伝導率・熱拡散率の測定における問題点 
　　3.　定常法による傾斜機能材料の熱伝導率測定 
　　4.　傾斜機能材料の非定常温度応答 
　　5.　傾斜機能材料の非定常温度応答の理論解(多層試料からのアプローチ) 
　　6.　傾斜機能材料の非定常温度応答の理論解(解析解が存在する場合からのアプローチ) 
　　7.　傾斜機能材料の非定常温度応答の近似解と解析解の比較および実用的な取扱い 
　　8.　レーザフラッシュ法の傾斜機能材料への適用例 
　　　8.1　Cu/Ni系FGM試料 
　　　8.2　PSZ/NiCrAlY系FGM試料 
　　　8.3　二つのFGM試料の見かけの熱伝導率と有効熱伝導率 
　　　8.4　一般的なFGM試料への適用 

　第4節　多層材料の積層方向における熱拡散の解析 
　　1.　レーザフラッシュ法 
　　2.　レーザフラッシュ法の多層材料への適用 
　　3.　平均熱物性値・有効熱物性値の導出 
　　4.　面積法による多層材料の解析 

　第5節　サーモリフレクタンス法を用いた微小部の熱浸透率測定・評価 
　　1.　各種の薄膜および局所熱物性測定装置 
　　2.　サーモリフレクタンス法の原理 
　　3.　サーモリフレクタンス法と周期加熱を組み合わせた局所および薄膜の熱物性測定 
　　4.　サーマルマイクロスコープの原理と測定装置 
　　　4.1　原理 
　　　4.2　装置構成 
　　　　4.2.1　光学系 
　　　　4.2.2　制御部 
　　　　4.2.3　信号検出部 
　　　4.3　解析式による熱浸透率測定 
　　5.　測定例 
　　　5.1　Al3Ti傾斜機能材料 
　　　5.2　超伝導線材 

　第6節　液体およびグリースの熱伝導率・熱拡散率の測定・評価 
　　1.　非定常短線加熱法による液体の熱伝導率・熱拡散率の測定 
　　　1.1　測定原理 
　　　1.2　測定装置および測定手順 
　　　1.3　測定例 
　　2.　自然対流による液体の熱伝導率の簡易測定 
　　　2.1　測定原理 
　　　2.2　測定装置および測定手順 
　　　2.3　測定例 
　　3.　熱伝導率既知の円柱ブロックを用いた定常法によるグリースの熱伝導率の測定 
　　　3.1　測定原理 
　　　3.2　測定装置および測定手順 
　　　3.3　測定例 

　第7節　カーボンナノチューブの熱伝導率の測定 
　　1.　ナノスケール線材単線の熱伝導率測定 
　　　1.1　従来の測定原理と方法 
　　　1.2　T-型ナノセンサを用いた測定法の原理 
　　　1.3　試料の熱伝導率の算出手順 
　　　1.4　ナノフィルムセンサの熱伝導率と電気抵抗の温度係数の測定方法 
　　2.　ナノセンサの製作と測定装置 
　　　2.1　ナノフィルムセンサおよびT-型ナノセンサの作成 
　　　2.2　測定装置 
　　3.　測定結果 
　　　3.1　ナノフィルムセンサの特性 
　　　3.2　カーボンナノチューブの熱伝導率 

　第8節　高温条件下での合金の熱伝導率の測定・評価 
　　1.　実験方法 
　　2.　結果 
　　3.　考察 
　　　3.1　Ni-Cr合金の熱伝導度のSmith-Palmerプロット 
　　　3.2　温度と組成を関数としたNi-Cr合金の熱伝導度 

　第9節　断熱材の熱伝導率・熱拡散率の測定法 
　　1.　保護熱板法(GHP法) 
　　2.　熱流計法 
　　3.　円筒法 
　　4.　非定常熱線法 
　　5.　周期加熱法