(57)【要約】【課題】２５０〜３００℃の高温で使用しても劣化が殆どなく、かつ十分な柔軟性を維持できる耐熱性放熱シートを提供する。【解決手段】耐熱性放熱シートは、フッ素化ポリエーテル骨格を主鎖とするゴム状弾性体からなるバインダー、及び熱伝導性充填剤を含む。耐熱性放熱シートは、液状フッ素化ポリエーテル及び熱伝導性充填剤を混合した後に反応硬化させることにより製造され、かつ、該シートの１０％圧縮荷重は１００Ｎ／ｃｍ２以下である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素化ポリエーテル骨格を主鎖とするゴム状弾性体からなるバインダー、及び熱伝導性充填剤を含む耐熱性放熱シートであって、
液状フッ素化ポリエーテル及び熱伝導性充填剤を混合した後に反応硬化させることにより製造され、かつ、
１０％圧縮荷重が１００Ｎ／ｃｍ２以下であることを特徴とする耐熱性放熱シート。
【請求項２】
空気中３００℃で２４時間熱処理したときの１０％圧縮荷重値の変化率の絶対値が３．６％以下であることを特徴とする請求項１に記載の耐熱性放熱シート。
【請求項３】
空気中３００℃で２４時間熱処理したときの重量減少率が０．１％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐熱性放熱シート。
【請求項４】
空気中３００℃で２４時間熱処理したときの引張破断強度の低下率が５．８％以下であり、かつ引張破断伸度の低下率が３．７％以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の耐熱性放熱シート。
【請求項５】
１０％圧縮荷重が３８．７〜９８．０Ｎ／ｃｍ２であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の耐熱性放熱シート。
【請求項６】
前記液状フッ素化ポリエーテルの粘度が０．０１〜１００Ｐａ・ｓであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の耐熱性放熱シート。
【請求項７】
前記熱伝導性充填剤が、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物から選ばれる１種またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の耐熱性放熱シート。
【請求項８】
熱伝導性充填剤が、液状フッ素化ポリエーテル１００重量部に対し、３５０重量部以上８４０重量部以下の割合で混合されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の耐熱性放熱シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器の発熱部品と放熱機器との間に介在させる耐熱性放熱シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電気機器や産業機器の小型化に伴う高性能化、高機能化により、機器の消費電力が増加するとともに機器内の発熱部品の発熱量も増大している。このような熱を放散させるために、例えばヒートシンク等の放熱機器を発熱部品に取り付ける方法が知られている。さらに、発熱部品と放熱機器との間の隙間を埋めるために、柔軟かつ高い熱伝導性を有するシートを介在させ、効率良く熱を伝える方法が用いられている。
【０００３】
ところが、電子部品の高密度化に伴い発熱部品の温度は更に上昇する傾向にあり、例えば、プロジェクターにおけるランプとその周辺部は２５０℃以上の高温に達する。しかし、従来の高分子ゴムやシリコーンゴムからなるシートは、そのような高温での使用に耐え得る十分な耐熱性を有していない。そのため、高い耐熱性を有するシート材料の開発が求められている。例えば特許文献１には、金属アルコキシド及び有機ケイ素化合物から有機無機ハイブリット材料を形成する技術が開示されている。この有機無機ハイブリット材料は弾性に優れ、２００℃を超える耐熱性を有している。その一方で、３００℃程度の高温で長時間使用すると硬く脆くなるという問題があった。
【０００４】
特許文献２には、高い耐熱性及び熱伝導性を有する耐熱性放熱シート材料として、フッ素化芳香族ポリマー及び熱伝導性の無機充填剤を含有する熱伝導性組成物が開示されている。しかし、骨格に芳香族を有するポリマーは一般に剛直で硬い性質を有するため、被接着体との密着性が低く、優れた放熱効果を発揮することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−８１６６９
【特許文献２】特開２００５−２７２８１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記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、２５０〜３００℃の高温で使用しても劣化が殆どなく、かつ十分な柔軟性を維持できる耐熱性放熱シート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、フッ素化ポリエーテル骨格を主鎖とするゴム状弾性体からなるバインダー、及び熱伝導性充填剤を含む耐熱性放熱シートであって、液状フッ素化ポリエーテル及び熱伝導性充填剤を混合した後に反応硬化させることにより製造され、かつ、１０％圧縮荷重値が１００Ｎ／ｃｍ２以下であることを要旨とする。
【０００８】
この構成によれば、バインダーとして耐熱性の高いフッ素化ポリエーテルを主鎖とするゴム状弾性体を用いるため、２５０〜３００℃の高温で使用しても劣化が殆どなく、かつ柔軟な耐熱性放熱シートを得ることができる。また、液状のバインダーを熱伝導性充填剤と混合することで、熱伝導性充填剤を多量に配合することができるとともに、反応硬化させた後も１０％圧縮荷重が１００Ｎ／ｃｍ２以下という、柔軟性の高いシートを形成することができる。そのため、発熱部品及び放熱機器等の被接着体に対し、前記シートを隙間なく密着させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、空気中３００℃で２４時間熱処理したときの１０％圧縮荷重値の変化率の絶対値が３．６％以下であることを要旨とする。
【００１０】
この構成によれば、２５０〜３００℃の高温で使用しても、被接着体に対する密着性が殆ど低下しない耐熱性放熱シートを得ることができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、空気中３００℃で２４時間熱処理したときの重量減少率が０．１％以下であることを要旨とする。
【００１１】
この構成によれば、２５０〜３００℃の高温での使用による劣化が殆どない耐熱性放熱シートを得ることができる。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の発明において、空気中３００℃で２４時間熱処理したときの引張破断強度の低下率が５．８％以下であり、かつ引張破断伸度の低下率が３．７％以下であることを要旨とする。
【００１２】
この構成によれば、２５０〜３００℃の高温で使用しても、機械的物性が殆ど低下しない耐熱性放熱シートを得ることができる。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載の発明において、１０％圧縮荷重が３８．７〜９８．０Ｎ／ｃｍ２であることを要旨とする。
【００１３】
この構成によれば、より高い柔軟性を維持する耐熱性放熱シートを得ることができる。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載の発明において、液状フッ素化ポリエーテルの粘度が０．０１〜１００Ｐａ・ｓであることを要旨とする。
【００１４】
この構成によれば、バインダーの粘度が低いため多量の熱伝導性充填剤を混合しやすくなり、形成される耐熱性放熱シートの熱伝導性を更に高めることができる。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れか１項に記載の発明において、熱伝導性充填剤が、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物から選ばれる１種またはこれらの混合物であることを要旨とする。
【００１５】
この構成によれば、２５０〜３００℃の高温で使用しても熱伝導性充填剤の変性が起こらないため、熱伝導性充填剤に起因する耐熱性放熱シートの特性の低下を防ぐことができる。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の何れか１項に記載の発明において、熱伝導性充填剤が、液状フッ素化ポリエーテル１００重量部に対し、３５０重量部以上８４０重量部以下の割合で混合されていることを要旨とする。
【００１７】
この構成によれば、より良好な熱伝導性を有する耐熱性放熱シートを得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、２５０〜３００℃の高温で使用しても劣化が殆どなく、かつ十分な柔軟性を維持できる耐熱性放熱シートを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本願発明に用いるバインダーは、主鎖にフッ素化ポリエーテル構造を有している。フッ素化構造は主鎖の原子間の結合エネルギーを高めるため、高温環境下でも酸化されにくい。さらに、低粘度のポリエーテル骨格がバインダーに十分な柔軟性を付与するため、高温での使用において柔軟性低下の要因となり得る可塑剤を添加する必要がない。従って、フッ素化ポリエーテル構造を主鎖とするバインダーによれば、２５０〜３００℃の高温での使用によって引き起こされるバインダーの酸化による劣化を軽減し、かつ柔軟性を維持できる耐熱性放熱シートを形成することができる。さらに後述するように、フッ素化ポリエーテルを含有する本発明の耐熱性放熱シートは、３００℃、２４時間の熱処理後における引張破断強度の低下率を５．８％以下に、かつ引張破断伸度の低下率を３．７％以下に抑えることができる。即ち、３００℃の高温で使用しても機械的物性が殆ど低下しないことが判明した。
【００２０】
本発明による耐熱性放熱シートの１０％圧縮荷重は１００Ｎ／ｃｍ２以下である。１０％圧縮荷重とは、厚みを１０％圧縮するのに要する荷重の大きさを意味する。一般に、硬質樹脂は殆ど圧縮することができず、１％程度の圧縮でも荷重が１００Ｎ／ｃｍ２以上と大きくなってしまう。即ち、シートの圧縮荷重が小さい程その柔軟性は高く、１０％圧縮荷重が１００Ｎ／ｃｍ２以下であれば、放熱シートの柔軟性として十分である。
【００２１】
前記耐熱性放熱シートは、常温で液状のフッ素化ポリエーテル及び熱伝導性充填剤を混合した後、反応硬化させることにより製造される。常温で固体のバインダーと比較すると、常温で液状のバインダーは粘度が低く、熱伝導性充填剤を多量に配合できる。そのため、高い熱伝導性及び柔軟性を両立する耐熱性放熱シートを形成することができる。
【００２２】
前記液状フッ素化ポリエーテルの粘度は、０．０１〜１００Ｐａ・ｓであることが好ましい。この範囲の粘度であれば、機械的物性及び熱伝導性に優れる耐熱性放熱シートを形成することができる。粘度が０．０１Ｐａ・ｓより低い液状フッ素化ポリエーテルでは分子量が小さすぎるため、形成されるシートの機械的物性が低下する。一方、粘度が１００Ｐａ・ｓより高いと、熱伝導性充填剤を多量に配合することが困難となり、十分な熱伝導性を有するシートを形成することができない。
【００２３】
液状フッ素化ポリエーテルは、その主鎖の末端に反応性官能基を有し、硬化剤あるいは重合開始剤により反応硬化するものであることが好ましい。例えば、末端の官能基がアルケニル基であれば、ヒドロシリル基および触媒によるヒドロシリル化反応で硬化させることができる。また、末端官能基がイソシアネート基であれば、アミノ基あるいはヒドロキシル基などと反応硬化させることができる。液状フッ素化ポリエーテルの具体例として、例えば信越化学工業株式会社製の商品名「ＳＩＦＥＬ（登録商標）」シリーズが挙げられる。
【００２４】
熱伝導性充填剤は、一般的に使用されているものを用いることができ、特に限定されない。
熱伝導性充填剤として、例えば高い熱伝導性を有するとともに電気絶縁性である金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物などの金属化合物粉末が挙げられる。具体的には、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２５】
その他に、例えば高い熱伝導性かつ導電性を有する炭素繊維やダイヤモンド、黒鉛等の粉末を用いてもよい。
また、これらの熱伝導性充填剤は単独で用いてもよいし、複数の種類を混合して用いてもよい。さらに、絶縁性の付与や劣化の抑制のためのコーティングを充填剤に施してもよい。コーティングは、耐熱性の観点からシリカコートが好ましい。
【００２６】
熱伝導性充填剤の配合量は、バインダー１００重量部に対して３５０重量部以上８４０重量部以下が好ましい。熱伝導性充填剤の配合量が３５０重量部より少ないと充分な熱伝導性が得られず、８４０重量部より多いと、過剰な熱伝導性充填剤によりシートが硬く脆くなってしまうためである。
【００２７】
熱伝導性充填剤の形状も特に限定されるものではなく、例えば、片鱗状、針状、粒状等が挙げられるが、バインダー中に均一かつ高濃度で配合する観点から粒状が好ましい。
粒状の熱伝導性充填剤の粒径は０．１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。粒径が０．１μｍよりも小さいと、バインダー及び熱伝導性充填剤の混合物の粘度が上昇してシートの成形が困難になり、粒径が１００μｍより大きいとシートが硬くなるためである。さらに、熱伝導性充填剤をより高密度で混合するために、２種類の異なる平均粒径を有する熱伝導性充填剤を混合することが好ましい。
【実施例】
【００２８】
（実施例１）
末端にシリコーン架橋反応基を有し、粘度が３Ｐａ・ｓの液状フッ素化ポリエーテル（信越化学工業株式会社製ＳＩＦＥＬ（登録商標）８３７０）１００ｇ、熱伝導性充填剤として第１の酸化アルミニウム粉末（電気化学工業株式会社製ＤＡＭ４５、平均粒径４０μｍ）４００ｇ、第２の酸化アルミニウム粉末（電気化学工業株式会社製ＤＡＭ０３、平均粒径３μｍ）１６０ｇを均一に混合した。次に、得られた混合物をコンプレッション成形により厚み５００μｍのシート状に成形し、１２０℃で１時間加熱して硬化させ、耐熱性放熱シート（試料１）を作製した。
【００２９】
（実施例２）
熱伝導性充填剤の配合量を、第１の酸化アルミニウム粉末（電気化学工業株式会社製ＤＡＭ４５、平均粒径４０μｍ）６００ｇ、第２の酸化アルミニウム粉末（電気化学工業株式会社製ＤＡＭ０３、平均粒径３μｍ）２４０ｇに変更したこと以外は実施例１と同様の方法で、耐熱性放熱シート（試料２）を作製した。
【００３０】
（実施例３）
末端にシリコーン架橋反応基を有し、粘度が５０Ｐａ・ｓの液状フッ素化ポリエーテル（信越化学工業株式会社製ＳＩＦＥＬ（登録商標）３５９０）を使用し、熱伝導性充填剤として第１の酸化アルミニウム粉末（電気化学工業株式会社製ＤＡＭ４５、平均粒径４０μｍ）３００ｇと第２の酸化アルミニウム粉末（電気化学工業株式会社製ＤＡＭ０３、平均粒径３μｍ）１２０ｇとを混合したこと以外は、実施例１と同様の方法で耐熱性放熱シート（試料３）を作製した。
【００３１】
（実施例４）
熱伝導性充填剤の配合量を、第１の酸化アルミニウム粉末（電気化学工業株式会社製ＤＡＭ４５、平均粒径４０μｍ）２５０ｇ、第２の酸化アルミニウム粉末（電気化学工業株式会社製ＤＡＭ０３、平均粒径３μｍ）１００ｇに変更したこと以外は実施例１と同様の方法で、耐熱性放熱シート（試料４）を作製した。
【００３２】
（比較例１）
液状フッ素化ポリエーテルの代わりに付加型液状シリコーン（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製ＸＥ１４−Ｂ５７７８、粘度１４Ｐａ・ｓ）を用いた以外は実施例２と同様の方法で放熱シート（試料５）作製した。
【００３３】
（比較例２）
メチルトリエトキシシラン５重量部及び０．４％リン酸水溶液４重量部を混合し、１０℃で３時間攪拌した。次に、この混合液にエタノール４重量部を加え、さらに水酸化ナトリウム水溶液で中和した。その後、５０重量部のトルエンを加え、混合液中からエタノールと水を留去した。トルエン及び反応物の混合溶液に、ピリジン１０重量部、トリメチルクロロシラン１．５重量部を添加して、室温で３０分攪拌した。次に、末端水酸基で部分的にフェニル基が導入されたポリジメチルオルガノシロキンサン（重量平均分子量＝５０，０００）を１００重量部添加して、室温で４時間反応させた。得られた混合物をイオン交換水で洗浄し、ピリジン塩酸塩を除いた。この状態における樹脂組成物の粘度は１５Ｐａ・ｓであった。さらに、熱伝導性充填剤として第１の酸化アルミニウム粉末（電気化学工業株式会社製ＤＡＭ４５、平均粒径４０μｍ）４００ｇ、及び第２の酸化アルミニウム粉末（電気化学工業株式会社製ＤＡＭ０３、平均粒径３μｍ）を加え、振動攪拌器で均一に分散させてから、８０℃で４５分、１２０℃で４５分、１６０℃で４５分、２００℃で４５分、２５０℃で３０分加熱して反応硬化させ、放熱シート（試料６）を作製した。
【００３４】
（比較例３）
熱伝導性充填剤の配合量を第１の酸化アルミニウム粉末（電気化学工業株式会社製ＤＡＭ４５、平均粒径４０μｍ）６５０ｇ及び第２の酸化アルミニウム粉末（電気化学工業株式会社製ＤＡＭ０３、平均粒径３μｍ）４００ｇに変更したこと以外は実施例１と同様の方法で放熱シート（試料７）を作製した。
【００３５】
（比較例４）
粘度が６００Ｐａ・ｓの液状フッ素化ポリエーテル(信越化学工業株式会社製ＳＩＦＥＬ３７９０)を用いて実施例１と同様に耐熱性放熱シートの作製を試みたが、粘度が過剰に高く、熱伝導性充填剤を均一に混合することができなかった。
（評価方法）
上記実施例及び比較例で得られた試料１〜７について以下の項目の測定を行った。次に各試料を空気中３００℃で２４時間熱処理した後、再び同項目の測定を行い、熱処理前の測定値と比較することにより試料１〜７の耐熱性を評価した。
＜引張破断強度及び引張破断伸度＞
日本工業規格であるＪＩＳ  Ｋ  ６２５１：２００４に従い、試料１〜６について熱処理前後の引張破断強度及び引張破断伸度を測定した。具体的には、試料１〜６をダンベル状（縦６ｍｍ×横３５ｍｍ、厚み１ｍｍ）に成形し、ダンベル状試料の棒状部に、１０ｍｍの間隔を空けて２本の標線を付した。次に、試料の両端部に一定条件下で引張力を加え、試料が破断した時の引張力、及び標線間の伸びを測定し、それぞれ下記式（１）及び（２）に適用して引張破断強度及び引張破断伸度を算出した。
【００３６】
引張破断強度ＴＳｂ（ＭＰａ）＝破断時引張力Ｆｂ（Ｎ）／試験片の初期断面積Ｓ（ｍｍ２）  …（１）
引張破断伸度Ｅｂ（％）＝{破断時の標線間距離Ｌ１（ｍｍ）−標線間距離Ｌ０（ｍｍ）}／Ｌ０×１００  …（２）
また、熱処理前後の引張破断強度及び引張破断伸度から、これらの変化率を計算した。
＜重量減少率＞
熱処理前後の試料１〜７の重量を測定し、その変化率を計算した。
＜熱抵抗値＞
発熱基板（発熱量：２５Ｗ）上に試料１〜６（縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ、厚み５００μｍ）を配置した。各試料の上にヒートシンク（株式会社アルファ製のＦＨ６０−３０）を設置し、一定の荷重（９８ｋＰａ（１ｋｇｆ／ｃｍ２））で圧接した。ヒートシンクの上部にファン（風量：０．０１ｋｇ／ｓｅｃ、風圧：４９Ｐａ）を取り付け、ヒートシンクおよび発熱基板に温度センサを接続した。この状態で発熱基板に通電した。通電から５分が経過した後、発熱基板の温度（θｊ１）およびヒートシンクの温度（θｊ０）を測定し、それらの測定値を下記式（３）に適用して熱抵抗を算出した。さらに、熱処理前後の熱抵抗から変化率を計算した。
【００３７】
熱抵抗（℃／Ｗ）＝（θｊ１−θｊ０）／発熱量Ｑ  …（３）
＜１０％圧縮荷重＞
試料１〜６を縦１０ｍｍ×横１０ｍｍの大きさに切り出し、荷重をかけ、厚みを１０％圧縮したときの荷重値を測定した。熱処理前後の測定値から変化率を計算した。
（結果）
【００３８】
【表１】
2010232535.tif 000002
【００３９】
【表２】
2010232535.tif 000003
表１を参照すると、実施例１〜４の試料では熱処理後の重量減少率は０．１％以下、１０％圧縮荷重の変化率の絶対値は３．６％以内に維持された。また、引張破断強度及び引張破断伸度の低下率も、それぞれ５．８％以内及び３．７％以内であった。なお、実施例１及び２の試料の引張破断強度及び引張破断伸度が熱処理後に上昇した理由は、熱処理によりバインダー中の未反応部位が架橋し、強度が向上したためであると考えられる。実施例１〜４の試料の熱抵抗値の増加率は７．０％以下であった。
【００４０】
それらに対し、表２を参照すると、フッ素化ポリエーテル以外の樹脂をバインダーに用いた比較例１及び２の試料では、熱処理により重量は０．９％以上減少し、１０％圧縮荷重は７８％以上増加した。また、引張破断強度の低下率は６０％以上、引張破断伸度の低下率は２８％であり、熱抵抗値は５５％以上増加した。フッ素化ポリエーテルをバインダーに用いた比較例３の試料では、過剰量の熱伝導性充填剤を混合したため、形成されたシートは非常に硬く、１００Ｎの力で厚みを１０％圧縮させることができなかった。
【００４１】
以上より、実施例１〜４の試料は、比較例１及び２の試料に比べ、熱処理による引張破断強度及び引張破断伸度の低下率が著しく小さく、その他の測定項目においても変化率が極めて小さいことが判明した。その理由として、実施例１〜４の試料では、バインダーであるフッ素化ポリエーテルの耐熱性が高いことから高温で処理しても殆ど劣化せず、かつ柔軟性が維持されたため、非接着体への密着性低下による熱抵抗値の上昇が抑制されたことが考えられる。一方、比較例１及び２の試料ではバインダーの耐熱性が不十分であり、熱処理によりバインダーが劣化するとともに柔軟性が大きく低下したことにより、非接着体への密着性が低下し、熱抵抗値が上昇したものと考えられる。