グラファイトシートとは？電子機器・パワー半導体の熱対策に使うグラファイトシート（黒鉛シート）の種類（人工黒鉛・膨張黒鉛・TIM用）と、熱伝導率・厚さ・耐熱温度の選び方

グラファイトシートとは

グラファイトシートは、面方向に熱をよく伝える黒鉛を薄いシートにした放熱材料です。発熱部品の熱を面に広げてヒートスポットを抑えたり、発熱部品とヒートシンクの間にはさんで熱を逃がしたりします。黒鉛は面方向に熱をよく通し、厚さ方向にはあまり通しません。

比較ページには、日本の会社が自社で作るか自社ブランドとして出すグラファイトシートを、品番の単位で載せています。他社の材料を打ち抜く加工会社と販売店、ガスケット用の膨張黒鉛シート、粉末や膜のグラフェンは載せていません。

3つの種類

• 人工グラファイトシートは、ポリイミドなどの樹脂フィルムを高温で焼いて黒鉛にしたシートです。例はパナソニック インダストリーのPGS、北川工業のGHS-25、カネカのサーマルストラップです
• 膨張黒鉛シートは、天然黒鉛を膨張させて圧縮したシートです。柔らかく、厚いものまで作れます。例は東洋炭素のPERMA-FOILと日本カーボンのニカフィルムです
• TIM用のシートは、発熱部品とヒートシンクの間で厚さ方向に熱を通します。例はパナソニック インダストリーのGraphiteTIMと昭和丸筒のZebroです

熱伝導率は向きで見る

• 日本カーボンのFL-300は、面方向が139.6W/(m·K)、厚さ方向が4.7W/(m·K)です
• パナソニック インダストリーのEYGS182307は、厚さ70μmで1000W/m·Kです。同じPGSで厚さ100μmの品番は700W/m·Kです
• 北川工業のGHS-25は、面方向で1400W/m·K以上です
• 昭和丸筒のZebroは、シートを縦に並べて厚さ方向に800W/(m·K)を出しています

厚さと耐熱温度

• 人工グラファイトシートは薄く、パナソニック インダストリーのEYGS182307は70μm、GraphiteTIMのEYGS0909ZLX2は200μmです
• 東洋炭素のPERMA-FOILは、ロール製品で0.1〜1.5mm、シート状製品で0.05〜5mmまで作れます
• EYGS182307の耐熱温度は400℃、GraphiteTIMは-55〜400℃の長期信頼性に対応します
• PERMA-FOILは不活性雰囲気で-200〜3200℃です。空気中では酸化し、FL-300は酸化開始温度が450℃です

グリースの代わりに使うとき

• パナソニック インダストリーのGraphiteTIMは、600kPaの加圧で40%以上縮み、段差や反りに沿います。塗る工程がなく、ネジで止めて付けます
• 昭和丸筒のZebroは、押し付けて使い、ポンプアウトやドライアウトが起きません

電気と高純度品

• 黒鉛は電気を通します。PGS単品は非絶縁なので、回路の近くでは絶縁の処理を合わせて考えます
• 半導体製造装置に使うなら高純度品を選びます。日本カーボンはニカフィルムの高純度化処理品を、半導体製造装置にも使えると案内しています。PERMA-FOILの高純度品は、通常品より柔軟性がやや下がります

値段と品番の状況

• このページの7製品は、どれも公式サイトに値段がありません。サイズ・厚さ・加工で変わるので、図面を添えて見積もりを取ります
• パナソニック インダストリーは、2021-04-01に90品番を新規採用非推奨に、2021-12-31に24品番を生産終息にしました。採用前に型番ごとの状況を確かめます