(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）３００℃における、波長２．５〜２０μｍの分光放熱率が８０％以上である可撓性を有する放熱性シート層、及び、（ｂ）熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり熱軟化温度を有する熱軟化性の熱伝導性シリコーン樹脂シート層を積層してなる放熱性複合シートであって、前記（ｂ）熱軟化性の熱伝導性シリコーン樹脂シート層が、粘着性を有するシリコーン樹脂マトリックス中に、体積平均粒径が、レーザー回折・散乱法による測定値で、０．１〜１００μｍである熱伝導性充填剤を、３０〜９７質量％分散してなるシート層であることを特徴とする放熱性複合シート。
【請求項２】
前記（ｂ）熱軟化性の熱伝導性シリコーン樹脂シート層の熱軟化温度が、８０℃以上である、請求項１に記載された放熱性複合シート。
【請求項３】
前記（ｂ）熱軟化性の熱伝導性シリコーン樹脂シート層の厚さが、３０〜３００μｍである、請求項1又は２に記載された放熱性複合シート。
【請求項４】
前記（a）の可撓性を有する放熱シートが、アルミニウムまたはその合金、銅またはその合金、及びステンレス鋼の中から選択された金属の薄板からなる吸熱・熱拡散層の表面に、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン、カーボンブラック、グラファイト、及び炭素繊維の中から選択された少なくとも１種の粉体を、エポキシ系樹脂、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、及びポリエステル系樹脂の中から選択されたバインダ樹脂に配合して得られた液状体を直接吹付けた後、乾燥させてなる放熱シートである、請求項1〜３の何れかに記載された放熱性複合シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱性電子部品等の放熱性シートとして用いられる放熱性複合シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
テレビ、コンピュータ、通信装置等の電子機器の小型化により、これらに搭載される回路の集積度が増大している。そして、この集積回路に実装される電子部品、特にＣＰＵ等のＩＣパッケージは発熱によって性能が低下するため、放熱対策として、ＩＣパッケージ等の熱を伝導して外部に放出すため、金属板等からなるヒートシンクが用いられている。
【０００３】
更に、熱伝導効率を高めるために、従来、ヒートシンクとＩＣパッケージとの間に、熱伝導性の良いグリース、シリコーンゴムシート等を介在させる。
しかしながら、従来、放熱効果を高めるためには、ヒートシンクの表面積を増やすことが必要となるので、ヒートシンクが大容量又は大質量となる傾向がある。このような傾向は、電子機器のさらなる小型化を考慮した場合、大きな弊害となる。
【０００４】
このようなことから、熱伝導率の高いアルミニウム板や銅板の表面に、遠赤外線の放熱性に優れた皮膜を形成し、熱を系外に放熱して熱対策を行う放熱性シートが開示されている。
例えば、赤外線の放熱率が高いコージライト粉粒体を焼成して得られたセラミック板を放熱層とし、この放熱層の一方の面に無電解メッキまたは蒸着によって銅薄膜の導電層を形成した放熱板の導電層の側を、熱伝導性接着剤を介して電子部品を取付けた基板に接着して、電子部品から発生する熱を放出するシートが開示されている（特許文献１）。
【０００５】
しかしながら、この技術においては、粉粒体を焼成したセラミック板を放熱層として用いているため、シートの剛性が高く、貼付する発熱部品の表面が平面でなく湾曲しているような場合等には、貼付が困難であるという問題があった。
また、放熱層がセラミック板であるため、切断等が困難である上、放熱性シートとして必要な形状を得るためには成形用の金型が必要である。そのため、即応性を持たないだけでなく、放熱性シートの製作が困難であり、製作には多大な労力を要するという問題があった。
【０００６】
このような問題を解決するために、可撓性を有する放熱性シートとして、熱伝導性を有する可撓性の吸熱層の表面に、赤外線放熱効果を有する可撓性の放熱膜を形成し、前記吸熱層の裏面に熱伝導性接着剤からなる接着層を形成することを特徴とする放熱性シートが開示されている（特許文献２）。
【０００７】
しかしながら、上記放熱性シートの場合、発熱体と放熱性シートは、熱伝導率の極めて小さい粘着テープを介して一体化されるため、発熱体から放熱性シートへの熱伝達が効率的に行われず、期待通りの放熱効果が得られない場合があった。
【０００８】
また、熱伝導性の粘着テープを用いる場合においても、その樹脂マトリクスがアクリル樹脂であるために、高温下での信頼性に問題があった。
また、熱伝導性グリースや接着剤により、発熱体と放熱性シートを、密着又は接着させる方法もあるが、グリースを使用して密着させた場合、グリースからのオイルの滲み出しや、グリース自身が温度サイクルにより系外に流出するポンピングアウト現象を避けることができず、周辺環境の汚染や、熱伝導性能の低下という問題がある。また、接着する場合であっても、接着剤を硬化するプロセスが必要となり、コストの面で不利である。
このように、単純に従来の放熱材料と放熱性シートを組み合わせて使用する場合では、放熱性能、高信頼性、低コストをともに満足するものは得られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１１６９４４号公報
【特許文献２】特開２００４−２００１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明者らは、上記した従来の欠点を改善するために鋭意検討を重ねた結果、特定の分光放熱率を有する可撓性を有する放熱性シートと、シリコーン樹脂及び特定の粒径を有する熱伝導性充填剤を特定量含有し、粘着性と熱軟化性を有する熱伝導性シリコーン樹脂シートとを熱圧着して積層させることにより、放熱性、熱伝導性及び信頼性が供に向上されるだけでなく、比較的小さな力で撓ませることができ、特に小型電子機器のCPU等のヒートシンクとして有用な放熱性複合シートを得ることができることを見出し、本発明に到達するに至った。
従って、本発明の目的は、放熱性、熱伝導性及び信頼性が供に向上されると供に、可撓性を有し、成形が容易である放熱性複合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】
【００１１】
即ち本発明は、３００℃における、波長２．５〜２０μｍの分光放熱率が８０％以上である可撓性を有する放熱性シート層、及び、（ｂ）熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり熱軟化温度を有する熱軟化性の熱伝導性シリコーン樹脂シート層（以下、単に、「熱軟化性の熱伝導性シリコーン樹脂シート層」とする。）を積層してなる放熱性複合シートであって、前記（ｂ）熱軟化性の熱伝導性シリコーン樹脂シート層が、粘着性を有するシリコーン樹脂マトリックス中に、体積平均粒径が、レーザー回折・散乱法による測定値で、０．１〜１００μｍである熱伝導性充填剤を、３０〜９７質量％分散してなるシート層であることを特徴とする放熱性複合シートである。
【００１２】
本発明においては、前記（ｂ）熱軟化性の熱伝導性シリコーン樹脂シートの厚さが、３０〜３００μｍであることが好ましい。また、前記（a）の可撓性を有する放熱シートを、アルミニウムまたはその合金、銅またはその合金、及びステンレス鋼の中から選択された金属の薄板からなる吸熱・熱拡散層の表面に、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン、カーボンブラック、グラファイト、及び炭素繊維の中から選択された少なくとも１種の粉体を、エポキシ系樹脂、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、及びポリエステル系樹脂の中から選択されたバインダ樹脂に配合して得られた液状体を直接吹付けた後、乾燥させてなる放熱シートとすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、熱伝導性、放熱性及び信頼性に優れていると供に、成形が容易な放熱性複合シートが得られる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の放熱性複合シートは、（ａ）可撓性を有する放熱性シート層及び（ｂ）熱軟化性の熱伝導性シリコーン樹脂シート層を積層してなる。ここで、前記（ａ）放熱性シート層は、発熱体から（ｂ）層を通して伝導された熱を、吸熱・拡散し、これを表面から赤外線として系外へ放散する。
【００１５】
前記（ａ）層の厚さは、０．０５〜５ｍｍの範囲であることが好ましく、０．１〜３ｍｍであることがより好ましい。厚さが０．０５ｍｍ未満では強度が不足する場合があり、５ｍｍを超えると複合シートの柔軟性が損なわれるおそれがある上、複合シート全体の厚さが増し、厚さ方向の熱伝導性が損なわれるおそれがある。
前記（ａ）層の放熱性は、３００℃における、波長２．５〜２０μｍの分光放熱率が８０％以上であることが必要であり、８５％以上であることが好ましい。
尚、分光放熱率は、JIR-5500（日本電子製の商品名）等のフーリエ変換赤外分光光度計で測定することができる。
（ａ）層としては、「スーパーレイ」（古河スカイ株式会社製の商品名）等の市販のものを使用することができる。
【００１６】
本発明で使用する（ａ）放熱性シート層は、吸熱・熱拡散層及び放熱層の２層としてもよい。２層にする場合には、熱伝導性を有する可撓性の吸熱・熱拡散層の表面に、赤外線放熱効果を有する可撓性の放熱層が形成される。
上記吸熱・熱拡散層は、アルミニウムまたはその合金、銅またはその合金、ステンレス鋼等の金属材を用いた熱伝導性を有する薄板であって、比較的小さな力で撓ませることができるように、可撓性を有しているものであることが必要である。
【００１７】
放熱層は、吸熱・熱拡散層上に形成された塗膜であり、伝導された熱を赤外線及び／又は遠赤外線に変換して放熱する赤外線放熱効果を有すると共に、比較的小さな力で撓ませることができるように可撓性を有していることが必要である。
放熱層の放熱性については、３００℃における、波長２．５〜２０μｍの分光放熱率が８０％以上であることが必要であり、８５％以上であることが好ましい。
尚、分光放熱率は、JIR-5500（日本電子製の商品名）等のフーリエ変換赤外分光光度計で測定することができる。
【００１８】
このような放熱層は、例えば、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維等から選択された少なくとも１種の粉体を、エポキシ系樹脂、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂などのバインダ樹脂に配合し、得られた液状体を、吸熱・熱拡散層表面にスプレー等で直接吹付けた後、乾燥させることによって形成される。
【００１９】
上記の塗膜を形成するために使用される液状体としては、カオリン、酸化珪素、酸化アルミニウム等の粉体を、シリコーン樹脂を含むエマルジョンに含有させた組成物等も使用することができるが、本発明はこれらの例に限られるものではなく、赤外線放熱効果および可撓性を有する塗膜を形成することができるものであればよい。
このような液状体の例としては、セラックα（商標登録第４５７７１６３号：セラック（株）製の商品名）が挙げられる。
【００２０】
本発明の放熱性複合シートにおける（ｂ）熱軟化性の熱伝導性シリコーン樹脂シート層は、粘着性を有するシリコーン樹脂マトリックス中に熱伝導性充填剤が分散されてなり、（ａ）層と発熱体とを密着させる機能を有するとともに、良好な熱伝導性を確保してシート全体の熱伝導性も向上させるものである。
【００２１】
シリコーン樹脂は、粘着性と熱軟化性を有するものであれば、特にその種類は制限されるものではない。
（ｂ）層は、粘着性と熱軟化性を有する熱伝導性シリコーン樹脂シートであることが必要である。ここで「熱軟化性」とは、熱により軟化する性質の他、低粘度化又は融解する性質、若しくは融解して表面が流動化する性質も含む。
【００２２】
熱軟化性の熱伝導性シリコーン樹脂シート層（ｂ）は、電子部品の動作等による発熱により、熱伝導性シリコーン樹脂シートが固体から液体若しくは流動体や半流動体へと相変化し、又は熱軟化するので、発熱体が（ａ）層と良好に密着することができ、又は、（ｂ）層が有する粘着性によって発熱体と（ａ）層とが良好に接着する。
これにより、放熱性複合シート全体の熱伝導性能が向上する。
【００２３】
熱軟化性の熱伝導性シリコーン樹脂シート層（ｂ）内に充填される熱伝導性充填剤としては、一般に熱伝導性充填剤とされる物質であれば如何なる充填剤でも使用することができるが、通常、金属粉末、金属酸化物粉末、セラミック粉末等が用いられる。具体的には、アルミニウム粉末、銅粉末、銀粉末、ニッケル粉末、金粉末、酸化アルミニウム粉末、酸化亜鉛粉末、酸化マグネシウム粉末、酸化鉄粉末、酸化チタン粉末、酸化ジルコニウム粉末、窒化アルミニウム粉末、窒化ホウ素粉末、窒化珪素粉末、ダイヤモンド粉末、カーボン粉末、フラーレン粉末、カーボングラファイト粉末などが挙げられる。
これらは１種類を単独で用いても、２種類以上を併用してもよい。
【００２４】
熱伝導性充填剤の体積平均粒径は、マイクロトラック粒度分布測定装置ＭＴ３３００ＥＸ（日機装株式会社製の商品名）によるレーザー回折・散乱法（マイクロトラック法）による測定値で、０．１〜１００μｍであることが好ましく、０．５〜５０μｍであることが更に好ましい。
０．１μｍ未満であるとシリコーン樹脂への充填性が著しく悪化するため、熱伝導性を向上させることが困難である。１００μｍを超える場合には、熱軟化性の熱伝導性シリコーン樹脂シート層の厚さを１００μｍ以下に低減することができないので、十分な熱伝導性能を発現することが難しくなることがある。
本発明においては、熱伝導性充填剤として体積平均粒径が異なる粒子を２種以上用いてもよい。
【００２５】
熱伝導性充填剤の含有率は、熱伝導性シリコーン樹脂シート層（ｂ）の全質量に対して、３０〜９７質量％であることが必要であり、４０〜９５質量％であることが好ましい。熱伝導性充填剤の含有量が３０質量％より少ないと、熱軟化性の熱伝導性シリコーン樹脂シート層の熱伝導性が低下する場合があり、含有量が９７質量％より多いと、均一な熱伝導性シート層が得られないことがある。
【００２６】
粘着性と熱軟化性を有する熱伝導性シリコーン樹脂シート層（ｂ）として用いることができる市販品の熱伝導性シリコーン加工品としては、ＰＣＳシリーズ（信越化学工業株式会社製の商品名）が挙げられる。
【００２７】
熱軟化性の熱伝導性シリコーン樹脂シート層（ｂ）の厚さは、３０〜３００μｍであることが好ましく、６０〜２００μｍであることがより好ましい。
該熱軟化性の熱伝導性シリコーン樹脂シート層が３０μｍより薄いと、（ａ）層と（ｂ）層、及び、発熱体と（ｂ）層との密着性や接着性が弱くなり、これらが剥離する場合がある。また、３００μｍより厚いと、放熱性複合シートの熱伝導性が悪化する場合がある。
【００２８】
本発明の放熱性複合シートは、（ａ）放熱性を有する放熱性シート層と、（ｂ）熱軟化性と粘着性を有する熱伝導性シリコーン樹脂シート層とを、熱圧着して製造される。
【００２９】
熱軟化性を有する本発明の熱伝導性シリコーン樹脂シート層を積層する具体的な方法は、プレス治具上でシリコーン樹脂シートを熱軟化温度以上（例えば８０〜１２０℃）に加熱し、（ａ）放熱性シートをプレス圧着する方法である。
圧着はプレス圧着の他、ロール圧着等を用いてもよい。
【実施例】
【００３０】
次に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３１】
［参考例１，実施例１及び比較例１〜２］
放熱性シート層（ａ）及び粘着性を有する熱伝導性シリコーン樹脂層（ｂ）として下記の材料を使用した。
（ａ）放熱性シート層
ａ−１：高放熱性アルミ機能材「スーパーレイ」（厚さ０．４ｍｍ；古河スカイ株式会社製の商品名；３００℃分光放熱率：８０％以上）
（ｂ）熱伝導性シリコーン樹脂層
ｂ-1（参考例１）粘着性を有する熱伝導性シリコーン樹脂層：
ＴＣ-１０ＳＡＳ（シリコーン両面粘着テープ；信越化学工業株式会社製の商品名；厚さ１００μｍ、熱伝導率１．０Ｗ／ｍ−Ｋ）
ｂ-2（実施例１）粘着性と熱軟化性を有する熱伝導性シリコーン樹脂層：
ＰＣＳ−ＴＣ−１０（熱軟化性シリコーン熱伝導性シート；信越化学工業株式会社製の商品名；厚さ６０μｍ、熱伝導率３．８Ｗ／ｍ−Ｋ）
ｂ−３（比較例１）：Ｆ−９４６０ＰＣ（アクリル両面粘着テープ；住友スリーエム株式会社製の商品名；厚さ５０μｍ、熱伝導率０．２Ｗ／ｍ−Ｋ）
ｂ−４（比較例２）：Ｇ７４７（熱伝導性グリース；信越化学工業株式会社製の商品名；熱伝導率０．９Ｗ／ｍ−Ｋ）
【００３２】
１．放熱性複合シートの製造
表１に記載された組み合わせで、上述した（ａ）、（ｂ）を圧着した。圧着は、室温圧着（２３℃）又は熱圧着（１００℃）とした。
ｂ−４を使用した場合は、ｂ−４を放熱性シート上に、厚さが１００μｍとなるようにスクリーン塗布した。
【００３３】
２．評価
得られた各放熱性複合シートを、１ｃｍ×１ｃｍに裁断し、この試験片について下記の特性を評価した。
（１）シート厚さ
マイクロメーター（株式会社ミツトヨ製、型式；Ｍ８２０−２５ＶＡ）を用いて測定した。
（２）熱伝導性
熱伝導率測定器ＬＦＡ４４７  ＮａｎｏＦｌａｓｈ（キセノンフラッシュアナライザー；ネッチ社製の商品名）により、複合シートの厚さ方向の熱伝導率を測定した。
（３）信頼性
二枚の標準アルミニウムプレートの間に各試験片を挟み、圧縮加重４１０ｋＰａで荷重した後、オーブンに入れ、０℃／３０分⇔１５０℃／３０分の温度サイクルを１０００サイクル繰り返した後、（ｂ）層の状態を目視観察した。
【００３４】
各試験で得られた結果を表１に示す。
【表１】
0005495429.tif 000002
表１の結果から明らかなように、熱伝導性の低いアクリル両面粘着テープを用いた比較例１は、複合体の熱伝導率が顕著に低く、また、ヒートサイクル後に粘着層の劣化が確認され、熱伝導性、信頼性供に劣るものであることが確認された。
また、放熱グリースを用いた比較例２の場合は、熱伝導率が高いものの、圧着時にグリースが流出して周囲を汚染した上、ヒートサイクル後には、グリースの流出が確認された。
一方、実施例１は、特に熱伝導率が高く、放熱性に優れることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の放熱性複合シートは可撓性に優れるので、特に小型電子機器のＣＰＵ等のヒートシンクとして有用である。