(57)【要約】【課題】  小型の電子機器内の電子部品等から発生する熱を効率よく外部に放熱し得る安価な放熱フィルムを提供する。【解決手段】  薄片状グラファイト及びバインダ樹脂を含有する伝熱層11と、伝熱層11の少なくとも一方の面に接着されたプラスチックフィルム2とからなり、伝熱層11の厚さが20〜250 g/m2（1 m2当たりの薄片状グラファイトの重量で表す。）であり、伝熱層11におけるバインダ樹脂と薄片状グラファイトとの質量比が0.01〜0.1であり、かつ伝熱層11内の薄片状グラファイトがプラスチックフィルム2と実質的に平行に配向している放熱フィルム。【選択図】  図7
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄片状グラファイト及びバインダ樹脂を含有する伝熱層と、前記伝熱層の少なくとも一方の面に接着されたプラスチックフィルムとからなり、前記伝熱層の厚さが20〜250 g/m2（1 m2当たりの薄片状グラファイトの重量で表す。）であり、前記伝熱層における前記バインダ樹脂と前記薄片状グラファイトとの質量比が0.01〜0.1であり、かつ前記伝熱層内の前記薄片状グラファイトが前記プラスチックフィルムと実質的に平行に配向していることを特徴とする放熱フィルム。
【請求項２】
請求項1に記載の放熱フィルムにおいて、200 W/mK以上の熱伝導率を有することを特徴とする放熱フィルム。
【請求項３】
請求項1又は2に記載の放熱フィルムにおいて、20Ω／□以下の表面抵抗を有することを特徴とする放熱フィルム。
【請求項４】
請求項1〜3のいずれかに記載の放熱フィルムにおいて、90％以上の電磁波反射率を有することを特徴とする放熱フィルム。
【請求項５】
請求項1〜4のいずれかに記載の放熱フィルムにおいて、前記薄片状グラファイトが5〜100μmの平均径及び200 nm以上の平均厚さを有することを特徴とする放熱フィルム。
【請求項６】
請求項1〜5のいずれかに記載の放熱フィルムにおいて、前記バインダ樹脂がアクリル樹脂、ポリスチレン樹脂又はポリビニルアルコールであることを特徴とする放熱フィルム。
【請求項７】
請求項1〜6のいずれかに記載の放熱フィルムを製造する方法において、(1) 5〜25質量％の薄片状グラファイト及び0.05〜2.5質量％のバインダ樹脂を含有し、前記バインダ樹脂と前記薄片状グラファイトとの質量比が0.01〜0.1である有機溶媒分散液を各第一のプラスチックフィルムの一面に塗布した後乾燥する工程を複数回繰り返すことにより、各第一のプラスチックフィルムの一面に薄片状グラファイト及びバインダ樹脂からなる塗布層を形成し、(2) 一面に前記塗布層を有する一対の前記第一のプラスチックフィルムを前記塗布層を内側にして接着することにより、両塗布層を一体化してなる伝熱層の両面に第一のプラスチックフィルムを有する積層フィルムを形成し、(3) 前記積層フィルムを熱圧着することにより、前記伝熱層を緻密化するとともに、前記薄片状グラファイトを前記プラスチックフィルムと実質的に平行に配向させ、(4) 前記第一のプラスチックフィルムを前記積層フィルムの両面から順次剥離するとともに、露出した前記伝熱層に前記第一のプラスチックフィルムより薄い第二のプラスチックフィルムを順次接着することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項7に記載の放熱フィルムの製造方法において、前記分散液の一回の塗布量を5〜15 g/m2（1 m2当たりの薄片状グラファイトの重量で表す。）とすることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項7又は8に記載の放熱フィルムの製造方法において、前記有機溶媒がケトン類、芳香族炭化水素類及びアルコール類からなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項7〜9のいずれかに記載の放熱フィルムの製造方法において、前記分散液の塗布をスプレー法により行うことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項7〜10のいずれかに記載の放熱フィルムの製造方法において、前記乾燥工程を30〜100℃に加熱することにより行うことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項7〜11のいずれかに記載の放熱フィルムの製造方法において、前記熱圧着を150〜250℃の温度及び20 MPa以上の圧力で行うことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項7〜12のいずれかに記載の放熱フィルムの製造方法において、前記第一のプラスチックフィルムが、前記塗布層を形成する面に離型層を有することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項7〜13のいずれかに記載の放熱フィルムの製造方法において、前記第二のプラスチックフィルムは、前記伝熱層に貼付される側にシーラント層を有することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項1〜6のいずれかに記載の放熱フィルムを製造する装置において、(a) 一対の第一のプラスチックフィルムを搬送する手段と、(b) 前記第一のプラスチックフィルムに薄片状グラファイト及びバインダ樹脂を含有する分散液を複数回に分けて塗布するように、各第一のプラスチックフィルムに対して少なくとも1つ配置された分散液塗布手段と、(c) 前記分散液を塗布ごとに乾燥させる手段と、(d) 前記分散液の塗布・乾燥により得られた塗布層を有する一対の第一のプラスチックフィルムを前記塗布層を内側にして積層するロールと、(e) 得られた積層フィルムを熱圧着するロールと、(f) 前記積層フィルムから前記第一のプラスチックフィルムを順次剥離するとともに、露出した前記伝熱層に前記第一のプラスチックフィルムより薄い第二のプラスチックフィルムを順次接着するように、前記積層フィルムの進行方向に沿って配置された複数対のロールとを具備することを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項15に記載の放熱フィルムの製造装置において、各第一のプラスチックフィルムの進行方向に沿って所定の間隔で配置された複数の分散液塗布手段を具備することを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項15又は16に記載の放熱フィルムの製造装置において、前記分散液塗布手段及び前記積層用ロールがチャンバ内に配置されており、前記チャンバが、各第一のプラスチックフィルムが進入する第一の開口部と、前記第一の開口の近隣に設けられた一対の熱風送給口と、排気口と、前記積層フィルムを取り出す第二の開口部とを具備することを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項15〜17のいずれかに記載の放熱フィルムの製造装置において、前記手段(a) により各第一のプラスチックフィルムが前記積層用ロールの両側に水平に搬送されることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項15〜18のいずれかに記載の放熱フィルムの製造装置において、分散液塗布手段がスプレーノズルであることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項15〜19のいずれかに記載の放熱フィルムの製造装置において、前記積層用ロール及び前記熱圧着用ロールがともにヒートロールであることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノート型パソコン、スマートフォン、携帯電話等の小型の電子機器における電子部品等から発生する熱を効率よく外部に放熱するために使用する放熱フィルム、及びその製造方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高性能化及び多機能化が進むノート型パソコン、スマートフォン、携帯電話等の小型の電子機器では、マイクロプロセッサー、画像処理チップ、メモリー等の電子部品を密に実装しなければならないので、熱による誤作動を防止するために、それらの電子部品の放熱が重要になってきている。
【０００３】
電子部品用の放熱シートとして、特開2006-306068号（特許文献1）は、少なくともグラファイトフィルムと粘着性樹脂組成物とを含み、粘着性樹脂組成物が反応硬化型ビニル系重合体である熱伝導シートを開示している。このグラファイトフィルムは、(a) エキスパンド法により作製された膨張黒鉛、又は(b) ポリイミドフィルム等を2400℃以上の温度で熱処理することにより得られたものである。膨張黒鉛からなるグラファイトフィルムは、グラファイトを硫酸等の酸に浸漬してグラファイト層間化合物を作製し、熱処理により発泡させてグラファイト層間を剥離し、得られたグラファイト粉末を洗浄して酸を除去し、得られた薄膜状のグラファイト粉末をロール圧延することにより得られる。しかし、膨張黒鉛からなるグラファイトフィルムは膜強度が不十分である。またポリイミドフィルム等の熱処理により得られたグラファイトフィルムは高い放熱性を有するが、高価である。
【０００４】
特開2012-211259号（特許文献2）は、グラファイト片を含有する熱伝導シートであって、グラファイト片は、熱分解グラファイトシートを細長く切断した複数個の第一のグラファイト片と、第一のグラファイト片の短辺長さより小さい第二のグラファイト片とからなり、少なくとも第一のグラファイト片が熱伝導シートの両面を連結している熱伝導シートを開示している。この熱伝導シートは、例えばアクリルポリマー及び溶媒の混合物に、第一及び第二のグラファイト片をブレンドし、押出成形することにより得られる。しかし、押出成形してなる熱伝導シートでは、樹脂の体積分率が大きいので、十分な放熱性が得られない。
【０００５】
特開2006-86271号（特許文献3）は、グラファイトを、ガラス転移温度が−50℃〜＋50℃であるバインダ樹脂（例えば、非晶質飽和共重合ポリエステル）で結着させてなる放熱シートであって、グラファイト／バインダ樹脂の質量比が66.7/33.3〜95/5であり、シート厚さが50〜150μmである放熱シートを開示している。この放熱シートは、グラファイト／バインダ樹脂／有機溶媒のスラリーを離型剤塗布フィルムの離型層上に塗布し、熱風乾燥により有機溶媒を除去した後、例えば30 kg/cm2の圧力でプレス加工することにより作製されている。特許文献3は、グラファイト／バインダ樹脂のシートをプレス加工することにより、熱伝導率が向上すると記載している。特許文献3では、グラファイト／バインダ樹脂／有機溶媒のスラリーを一回で塗布している。しかし、一回の塗布ではグラファイトの分布が不均一になることが分った。その上、実施例ではグラファイト／バインダ樹脂の質量比が余り高くないので（実施例1では80/20、実施例2では89/11）、グラファイトに固有の高い熱伝導率を十分に引き出せない。
【０００６】
特開平11-1621号（特許文献4）は、フレーク状の高配向グラファイト粒子と、圧縮下で重合させたバインダポリマーとを含有し、高熱伝導率を有する放熱体用固体複合材を開示している。この固体複合材は、フレーク状グラファイトをエポキシ樹脂のような熱硬化性モノマーと混合し、少なくとも40体積％のグラファイトを含有する組成物を形成し、グラファイトがほぼ平行に整列するのに十分な圧力をかけて組成物を圧縮しながら、モノマーを重合させることにより製造される。特許文献4は、複合材中のグラファイトの体積分率が40％から95％まで可能であるが、55〜85％が好ましいと記載している。しかし、95％と高濃度のフレーク状グラファイトを含有するエポキシ樹脂では、フレーク状グラファイトの分布が不均一となるという問題がある。そのため、特許文献4には、フレーク状グラファイトの体積分率が60％のときの実験結果しか記載されていない。
【０００７】
上記の通りグラファイトの分布が不均一であると、放熱フィルムは十分な放熱性能を発揮できない。その上、工業的に製造される放熱フィルムは通常所定の形状及びサイズに裁断した後で小型の電子機器内に配置されるので、グラファイトの分布が不均一であると、裁断後の放熱フィルムの性能にばらつきが生じるという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2006-306068号公報
【特許文献２】特開2012-211259号公報
【特許文献３】特開2006-86271号公報
【特許文献４】特開平11-1621号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って本発明の第一の目的は、グラファイトの分布が均一で、小型の電子機器内の電子部品等から発生する熱を効率良く均一に放熱し得る安価な放熱フィルムを提供することである。
【００１０】
本発明の第二の目的は、かかる放熱フィルムを低コストで製造する方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、優れた熱伝導率を有する薄片状グラファイトと少量のバインダ樹脂とを含有する分散液を基板上に複数回に分けてスプレーすることにより、薄片状グラファイトが均一に分散した塗膜を形成し、次いでこの塗膜を圧延すると、均一に分散した薄片状グラファイトが少量のバインダ樹脂で密に接着された放熱フィルムが得られることを発見し、本発明に想到した。
【００１２】
すなわち、本発明の放熱フィルムは、薄片状グラファイト及びバインダ樹脂を含有する伝熱層と、前記伝熱層の少なくとも一方の面に接着されたプラスチックフィルムとからなり、前記伝熱層の厚さが20〜250 g/m2（1 m2当たりの薄片状グラファイトの重量で表す。）であり、前記伝熱層における前記バインダ樹脂と前記薄片状グラファイトとの質量比が0.01〜0.1であり、かつ前記伝熱層内の前記薄片状グラファイトが前記プラスチックフィルムと実質的に平行に配向していることを特徴とする。
【００１３】
前記放熱フィルムの熱伝導率は200 W/mK以上であるのが好ましい。前記放熱フィルムの表面抵抗は20Ω／□以下であるのが好ましい。前記放熱フィルムの電磁波シールド率（反射率）は90％以上であるのが好ましい。
【００１４】
前記薄片状グラファイトは5〜100μmの平均径及び200 nm以上の平均厚さを有するのが好ましい。
【００１５】
前記バインダ樹脂はアクリル樹脂、ポリスチレン樹脂又はポリビニルアルコールであるのが好ましい。
【００１６】
上記放熱フィルムを製造する本発明の方法は、(1) 5〜25質量％の薄片状グラファイト及び0.05〜2.5質量％のバインダ樹脂を含有し、前記バインダ樹脂と前記薄片状グラファイトとの質量比が0.01〜0.1である有機溶媒分散液を各第一のプラスチックフィルムの一面に塗布した後乾燥する工程を複数回繰り返すことにより、各第一のプラスチックフィルムの一面に薄片状グラファイト及びバインダ樹脂からなる塗布層を形成し、(2) 一面に前記塗布層を有する一対の前記第一のプラスチックフィルムを前記塗布層を内側にして接着することにより、両塗布層を一体化してなる伝熱層の両面に第一のプラスチックフィルムを有する積層フィルムを形成し、(3) 前記積層フィルムを熱圧着することにより、前記伝熱層を緻密化するとともに、前記薄片状グラファイトを前記プラスチックフィルムと実質的に平行に配向させ、(4) 前記第一のプラスチックフィルムを前記積層フィルムの両面から順次剥離するとともに、露出した前記伝熱層に前記第一のプラスチックフィルムより薄い第二のプラスチックフィルムを順次接着することを特徴とする。
【００１７】
前記分散液の一回の塗布量を5〜15 g/m2（1 m2当たりの薄片状グラファイトの重量で表す。）とするのが好ましい。
【００１８】
前記有機溶媒はケトン類、芳香族炭化水素類及びアルコール類からなる群から選ばれた少なくとも一種であるのが好ましい。
【００１９】
前記分散液の塗布をスプレー法により行うのが好ましい。
【００２０】
前記乾燥工程を30〜100℃に加熱することにより行うのが好ましい。
【００２１】
前記熱圧着温度は150〜250℃であるのが好ましい。前記熱圧着圧力は20 MPa以上であるのが好ましい。
【００２２】
前記第一のプラスチックフィルムは、前記塗布層を形成する面に離型層を有するのが好ましい。前記離型層はアルミニウム蒸着層であるのが好ましい。
【００２３】
前記第二のプラスチックフィルムを前記第一のプラスチックフィルムより薄くするのが好ましい。前記第二のプラスチックフィルムは前記伝熱層に貼付される側にシーラント層を有するのが好ましい。
【００２４】
上記放熱フィルムを製造する本発明の装置は、(a) 一対の第一のプラスチックフィルムを搬送する手段と、(b) 前記第一のプラスチックフィルムに薄片状グラファイト及びバインダ樹脂を含有する分散液を複数回に分けて塗布するように、各第一のプラスチックフィルムに対して少なくとも1つ配置された分散液塗布手段と、(c) 前記分散液を塗布ごとに乾燥させる手段と、(d) 前記分散液の塗布・乾燥により得られた塗布層を有する一対の第一のプラスチックフィルムを前記塗布層を内側にして積層するロールと、(e) 得られた積層フィルムを熱圧着するロールと、(f) 前記積層フィルムから前記第一のプラスチックフィルムを順次剥離するとともに、露出した前記伝熱層に前記第一のプラスチックフィルムより薄い第二のプラスチックフィルムを順次接着するように、前記積層フィルムの進行方向に沿って配置された複数対のロールとを具備することを特徴とする。
【００２５】
本発明の装置は、各第一のプラスチックフィルムの進行方向に沿って所定の間隔で配置された複数の分散液塗布手段を具備するのが好ましい。
【００２６】
一対の分散液塗布手段及び積層用ロールはチャンバ内に配置されており、前記チャンバは、各第一のプラスチックフィルムが進入する第一の開口部と、前記第一の開口の近隣に設けられた一対の熱風送給口と、排気口と、前記積層フィルムを取り出す第二の開口部とを具備するのが好ましい。複数対の分散液塗布手段を有する場合、全ての分散液塗布手段が前記チャンバ内に配置されている。
【００２７】
前記手段(a) により各第一のプラスチックフィルムは前記積層用ロールの両側に水平に搬送されるのが好ましい。
【００２８】
分散液塗布手段はスプレーノズルであるのが好ましい。
【００２９】
前記積層用ロール及び前記熱圧着用ロールはともにヒートロールであるのが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の放熱フィルムは、ごく少量のバインダ樹脂により結合されたほぼ平行かつ均一に分散した薄片状グラファイトを含有する伝熱層を有するので、高い熱伝導率を有する。また、本発明の方法及び装置は、薄片状グラファイトとごく少量のバインダ樹脂とを含有する分散液を複数回に分けて塗布することにより伝熱層を形成するので、伝熱層は薄片状グラファイトの均一な分布を有し、性能にばらつきがない放熱フィルムを製造することができる。さらに、プラスチックフィルム上にバインダ樹脂を用いた塗布法により伝熱層を形成するので、本発明の放熱フィルムを安価に製造することができる。このような特徴を有する本発明の放熱フィルムは、ノート型パソコン、スマートフォン、携帯電話等の小型の電子機器に使用するのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態による放熱フィルムを示す断面図である。
【図２】薄片状グラファイトの粒径を求める方法を示す概略図である。
【図３】プラスチックフィルムに薄片状グラファイトの分散液を厚く塗布した結果、薄片状グラファイトが凝集した状態を示す断面図である。
【図４】プラスチックフィルムに分散液を薄く塗布した結果、薄片状グラファイトの均一な分散が維持されている状態を概略的に示す断面図である。
【図５】プラスチックフィルムに塗布した分散液を乾燥した後、薄片状グラファイトの分散液を薄く塗布した状態を示す断面図である。
【図６】本発明の放熱フィルムを製造する第一の装置を示す断面図である。
【図７】本発明の放熱フィルムを製造する第二の装置の一部を示す断面図である。
【図８】本発明の放熱フィルムを製造する第二の装置の他の部分を示す断面図である。
【図９】本発明の放熱フィルムを製造する第三の装置を示す部分断面図である。
【図１０】放熱フィルムの放熱試験装置を示す概略断面図である。
【図１１】図10の分解図である。
【図１２】放熱試験装置に載置した放熱フィルム試験片の温度の測定点を示す平面図である。
【図１３】実施例1の放熱フィルム試験片の放熱試験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明するが、特に断りがなければ一つの実施形態に関する説明は他の実施形態にも適用される。また下記説明は限定的ではなく、本発明の技術的思想の範囲内で種々の変更をしても良い。
【００３３】
[1] 放熱フィルム
図1に示すように、本発明の一実施形態による放熱フィルム1は、伝熱層11とその両面に接着された一対のプラスチックフィルム2，2とからなる。本発明の別の実施形態よる放熱フィルム1は、伝熱層11とその一方の面に接着されたプラスチックフィルム2とからなる。以下、本発明の一実施形態による放熱フィルムについて詳細に説明するが、その説明は特に断らない限り本発明の別の実施形態よる放熱フィルムにも適用できる。
【００３４】
(1) 伝熱層
伝熱層11は、ごく少量のバインダ樹脂により結合された薄片状グラファイトからなる。
【００３５】
(a) 薄片状グラファイト
薄片状グラファイトはベンゼン環が二次元的に連結した板状の多層構造を有する。薄片状グラファイトは六角状の格子構造を有するので、各炭素原子は３つの炭素原子に結合し、化学結合に用いられる4つの外殻電子のうちの1つは自由な状態にある（自由電子となる）。自由電子は結晶格子に沿って移動できるので、薄片状グラファイト31は高い熱伝導率を有する。
【００３６】
薄片状グラファイトは板状であるので、その径は板面部の直径とする。図2に示すように、薄片状グラファイト31の板面部の輪郭は異形状であるので、薄片状グラファイト31の径は、同じ面積Sを有する円の直径dと定義する。各薄片状グラファイト31のサイズは直径d及び厚さtにより表されるので、使用した薄片状グラファイト31の平均径は(Σd)/n（ただし、nは測定した薄片状グラファイト31の個数）により表され、平均厚さは(Σt)/nにより表される。薄片状グラファイト31の直径d及び厚さtは、薄片状グラファイト31の顕微鏡写真を画像処理することにより求めることができる。
【００３７】
本発明に用いる薄片状グラファイト31の平均径は5〜100μmの範囲内であれば良い。薄片状グラファイト31の平均径が5μm未満であると、結合している炭素原子の長さが不十分であるので、得られる伝熱層11の熱伝導率が小さすぎる。一方、薄片状グラファイト31の平均径が100μm超になると、スプレーによる塗布が困難になる。薄片状グラファイト31の好ましい平均径は5〜50μmであり、より好ましくは10〜30μmである。薄片状グラファイト31の平均厚さは200 nm以上であり、好ましくは200 nm〜10μmであり、より好ましくは200 nm〜5μmである。
【００３８】
(b) バインダ樹脂
本発明に使用するバインダ樹脂は、有機溶媒に可溶で薄片状グラファイトを均一に分散できるものであれば特に限定されず、熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂（又は光硬化性樹脂）でも良い。本発明に使用し得る熱可塑性樹脂としては、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ABS樹脂等が挙げられるが、なかでもポリメチルメタクリレート及びポリスチレンが好ましい。本発明に使用し得る熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、ポリウレタン等が挙げられる。また本発明に使用し得る光硬化性樹脂としては、ジアクリレート類、トリアクリレート類等が挙げられる。熱硬化性樹脂及び光硬化性樹脂の場合、オリゴマーの状態で有機溶媒に溶解するのが好ましい。
【００３９】
(c) 組成比
バインダ樹脂／薄片状グラファイトの質量比が小さい程、伝熱層11は高い熱伝導率を有する。しかし、バインダ樹脂の割合が低すぎると薄片状グラファイトの密着強度が不十分であり、伝熱層11は強度不足で破壊し易い。高い熱伝導率及び強度を有するために、バインダ樹脂／薄片状グラファイトの質量比は0.01〜0.1である。バインダ樹脂／薄片状グラファイトの質量比の上限は0.08が好ましく、0.06がより好ましい。バインダ樹脂／薄片状グラファイトの質量比の下限は、薄片状グラファイトの結着性を確保できる限りできるだけ小さい方が良いが、技術的限界としては0.01であり、伝熱層11の機械的強度が重要な場合には0.03である。
【００４０】
(d) 薄片状グラファイトの均一分布
伝熱層11における薄片状グラファイトの分布が均一でないと、(a) 薄片状グラファイトの凝集により薄片状グラファイトが不十分な領域が発生し、放熱フィルムは所望の熱伝導率を有さないだけでなく、(b) 熱伝導率の分布が不均一になり、個々の電子機器又は部品に応じて放熱フィルムを分割して使用する場合、熱伝導率が不十分な分割片ができるという問題も発生する。熱伝導率の分布が均一な伝熱層を得るためには、各塗布工程で薄片状グラファイトの分布が均一な塗布層を形成しなければならない。
【００４１】
塗布層で薄片状グラファイトの凝集が起こると、薄片状グラファイトの凝集域と、薄片状グラファイトが存在しないか希薄な領域とが生じる。薄片状グラファイトが存在しないか希薄な領域が存在すると、伝熱層全体の熱伝導率が低下するので、薄片状グラファイトはできるだけ均一に分散していなければならない。
【００４２】
(e) 表面抵抗
本発明の放熱フィルムは、電磁波シールドフィルムとしても機能させることができる。十分な電磁波シールド機能を発揮するためには、伝熱層11の表面抵抗は好ましくは20Ω／□以下であり、より好ましくは10Ω／□以下である。表面抵抗は、放熱フィルムから切り出した10 cm×10 cmの正方形試験片の伝熱層に対して直流二端子法により測定する。
【００４３】
(f) 厚さ
伝熱層11の熱伝導率は伝熱層11の厚さに依存するが、薄片状グラファイトとバインダ樹脂とからなる伝熱層11のうち熱伝導率に寄与するのは実質的に薄片状グラファイトだけであるので、伝熱層11の厚さを単位面積当たりの薄片状グラファイトの量により表すのが好ましい。薄片状グラファイトの単位面積当たりの量で表した伝熱層11の厚さは20〜250 g/m2であり、好ましくは40〜220 g/m2であり、より好ましく80〜200 g/m2であり、最も好ましくは120〜180 g/m2である。
【００４４】
(2) プラスチックフィルム
プラスチックフィルムを形成する樹脂は、絶縁性とともに十分な強度、可撓性及び加工性を有する限り特に制限されず、例えばポリエステル（ポリエチレンテレフタレート等）、ポリアリーレンサルファイド（ポリフェニレンサルファイド等）、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミド、ポリイミド、ポリオレフィン（ポリプロピレン等）等が挙げられる。プラスチックフィルムの厚さは5〜20μm程度で良い。
【００４５】
(3) 放熱シートの切断
本発明の放熱シートは比較的大型であるので、小型の電子機器に装着する場合には適当なサイズに切断する。このとき、伝熱層11の両面のプラスチックフィルム2が融着するように、ブレードの両側に平坦部を有するカッタを用い、切断しつつ加熱又は超音波により切断部を融着するのが好ましい。切断部で両面のプラスチックフィルム2が融着していると、内部の伝熱層11が露出しないので、絶縁性が確保される。
【００４６】
[2] 放熱フィルムの製造方法
(1) 薄片状グラファイトの分散液の調製
薄片状グラファイト、バインダ樹脂及び有機溶媒を含有する分散液は、薄片状グラファイトの有機溶媒分散液にバインダ樹脂の有機溶媒溶液を混合することにより調製するのが好ましい。これは、薄片状グラファイトが凝集し易いため、薄片状グラファイト及びバインダ樹脂を同時に有機溶媒に混合すると、薄片状グラファイトが凝集してしまうおそれがあるためである。両溶液を混合することにより得られる薄片状グラファイトの分散液において、薄片状グラファイトの濃度は5〜25質量％が好ましく、8〜20質量％がより好ましく、10〜20質量％が最も好ましい。また、バインダ樹脂／薄片状グラファイトの質量比は0.01〜0.1である。バインダ樹脂／薄片状グラファイトの質量比は分散液と伝熱層とで変わらない。
【００４７】
分散液に用いる有機溶媒としては、薄片状グラファイトを良く分散させ、バインダ樹脂を溶解するとともに、乾燥時間を短くするために蒸発し易い有機溶媒が好ましい。このような有機溶媒の例として、メチルエチルケトンのようなケトン類、ヘキサン等の脂肪族炭化水素類、キシレン等の芳香族炭化水素類、イソプロピルアルコール等のアルコール類が挙げられる。なかでもメチルエチルケトン、キシレン等が好ましい。これらは単独で用いても良いが、混合しても良い。
【００４８】
(2) 分散液の塗布・乾燥
所望の濃度の分散液をプラスチックフィルムに一回で塗布すると、図3に概略的に示すように、分散液3中の薄片状グラファイト31が乾燥過程で凝集してしまうことが分った。図3において、33は薄片状グラファイト31が凝集した領域を示す。
【００４９】
鋭意研究の結果、分散液をできるだけ小量ずつ複数回に分けて塗布すると、薄片状グラファイト31の凝集を防止できることが分った。図4に示す第一回目の塗布では、分散液層3aの量は少なく、かつその厚さは薄片状グラファイト31の平均径に対して十分に小さいので、分散液層3aを乾燥させても薄片状グラファイト31は凝集することなく分散した状態を維持する。従って、分散液層3aを乾燥してなる塗布層3a’では、ごく少量のバインダ樹脂により結合された薄片状グラファイト31がほぼ均一に分布している。
【００５０】
一回に塗布する分散液の量は、薄片状グラファイトの単位面積当たりの重量として5〜15 g/m2であるのが好ましく、7〜12 g/m2であるのがより好ましい。分散液の塗布量が5 g/m2未満であると、伝熱層11の形成に時間がかかり過ぎ、また15 g/m2超であると薄片状グラファイトの凝集が起こり易くなる。このような少量の分散液を均一に塗布するためには、スプレー法が好ましい。
【００５１】
分散液層3aを乾燥させた後、次の塗布を行う。分散液層3aの乾燥は自然乾燥で良いが、塗布工程を短時間化するためにプラスチックフィルムが変形しない程度に加熱しても良い。加熱温度は使用する有機溶媒の沸点に応じて決める。例えば、メチルエチルケトンを使用する場合、加熱温度は30〜100℃が好ましく、50〜80℃がより好ましい。乾燥は、塗布した分散液層3a中の有機溶媒が完全に蒸発するまで行う必要はなく、次の塗布で薄片状グラファイトが遊離しない程度に乾燥させれば良い。
【００５２】
乾燥した塗布層3a’の上に、第二回目の分散液の塗布を行うと、図5に概略的に示すように、塗布層3a’を実質的に溶解せずに新たな分散液層3bが形成される。分散液の塗布及び乾燥のサイクルの回数は、塗布すべき伝熱層11の厚さに応じて決める。このように少量の分散液を複数回に分けて塗布することにより、薄片状グラファイトが十分に均一に分布した伝熱層11が得られる。
【００５３】
(3) プラスチックフィルムの張替え
薄片状グラファイトの塗布層を形成するプラスチックフィルムは、積層工程及び熱圧着工程を経るので十分な機械的強度及び耐熱性を要求され、そのために比較的厚くなければならない。しかし、プラスチックフィルムが厚いと放熱フィルムは十分な熱伝導率を有さない。そのため、塗布層を形成したプラスチックフィルムを、より薄いプラスチックフィルムに張り替える必要がある。以下、塗布層を形成するプラスチックフィルムを第一のプラスチックフィルムと呼び、張替に用いるプラスチックフィルムを第二のプラスチックフィルムと呼ぶ。
【００５４】
上記の通り十分な機械的強度及び耐熱性が要求される第一のプラスチックフィルム12は、比較的厚い耐熱性樹脂製のフィルムとするのが好ましい。耐熱性樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド等が好ましい。第一のプラスチックフィルム12の厚さは30〜100μmが好ましい。第二のプラスチックフィルム13への張替えを行う場合、第一のプラスチックフィルム12は剥離後に再利用できる。
【００５５】
第二のプラスチックフィルム13は、熱ラミネーション法等により伝熱層11に強固に熱融着するように、シーラント層を有するのが好ましい。第二のプラスチックフィルム13の厚さは20μm以下が好ましく、10μm以下がより好ましく、3〜8μmが最も好ましい。第二のプラスチックフィルム13の材質は第一のプラスチックフィルム12と同じで良いが、非常に薄いポリエチレンテレフタレートフィルムが市販されているので、それを用いるの実用上好ましい。
【００５６】
[3] 放熱フィルムの製造装置
(1) 第一の装置
図6は放熱フィルムを製造する第一の装置100を概略的に示す。図示の例では、左右一対の分散液塗布手段を有する。製造装置100は、(a) 第一のプラスチックフィルム12a，12bの送給口41a，41bと、熱風送給口42a，42bと、排気口43とを具備するチャンバ4と、(b) 第一のプラスチックフィルム12a，12bに塗布層11a，11bを形成するために、薄片状グラファイト／バインダ樹脂の分散液をスプレーするようにチャンバ4の天井に設けられた一対のノズル45a，45bと、(c) 塗布層11a，11bが形成された第一のプラスチックフィルム12a，12bを塗布層11a，11bを内側にして積層するための一対のロール46a，46bと、(d) 得られた積層フィルム1’を熱圧着するための少なくとも一対のロール（図示の例では二対のロール47a，47b，48a，48b）と、(e) 積層フィルム1’を搬送するガイドロール49と、(f) 熱圧着フィルム1”から一方の第一のプラスチックフィルム12aを剥離するための一対のロール101a，101bと、(g) 露出した伝熱層11に一方の第二のプラスチックフィルム13aを熱融着するための一対のロール102a，102bと、(h) 熱圧着フィルム1”から他方の第一のプラスチックフィルム12bを剥離するための一対のロール103a，103bと、(i) 露出した伝熱層11に他方の第二のプラスチックフィルム13bを熱融着するための一対のロール104a，104bと、(j) 得られた放熱フィルム1を巻き取るためのリール60とを具備する。リール70a，70bから巻き戻された第一のプラスチックフィルム12a，12bは複数のガイドロールを経てチャンバ4の左右の開口部41a，41bに送給される。
【００５７】
チャンバ4には排気口43の左右に一対の開口垂直壁4a，4bが設けられており、各開口垂直壁4a，4bにより区切られた領域は、各ノズル45a，45bを有する分散液塗布域14a，14bである。積層用ロール46a，46bの左右には、各第一のプラスチックフィルム12a，12bを支持する水平プレート44a，44bが配置されており、各第一のプラスチックフィルム12a，12bは各水平プレート44a，44b上を水平に移動する。
【００５８】
第一の装置100において、まずリール70a，70bから巻き戻した各第一のプラスチックフィルム12a，12bをチャンバ4内で停止させる。この状態で、分散液塗布域14a，14bにある各第一のプラスチックフィルム12a，12bの部分に、各ノズル45a，45bより分散液を均一にスプレーする。分散液の均一な塗布を達成するため、各ノズル45a，45bは自由に動けるようになっている。各第一のプラスチックフィルム12a，12b上に形成した分散液層を熱風により乾燥させる。この分散液の塗布及び乾燥の工程を複数回繰り返し、各第一のプラスチックフィルム12a，12b上に所定の厚さの塗布層11a，11bを形成する。
【００５９】
次いで、各第一のプラスチックフィルム12a，12bをリール70a，70bから繰り出すことにより、(a) 塗布層11a，11bが形成された第一のプラスチックフィルム12a，12bは一対のロール46a，46bを通り、積層されるとともに、(b) 分散液塗布域14a，14bに各第一のプラスチックフィルム12a，12bの新しい部分が位置する。隣接する塗布層11a，11bが重ならないように、各第一のプラスチックフィルム12a，12bの進行距離は分散液塗布域14a，14bの長さを超えるのが好ましい。
【００６０】
塗布層11a，11bが形成された第一のプラスチックフィルム12a，12bを、塗布層11a，11bを内側にして一対のロール46a，46bで積層することにより、塗布層11a，11b同士は接着して、一体的な伝熱層12となる。
【００６１】
積層により塗布層11a，11b同士が完全に融着するように、積層用ロール46a，46bは高温に加熱されているのが好ましい。積層用ロール46a，46bの温度はバインダ樹脂の種類に応じて変わるが、一般に100〜250℃が好ましく、150〜200℃がより好ましい。積層用ロール対46a，46bの圧着圧力は大きくなくても良く、例えば1〜10 MPaで良い。
【００６２】
一方、分散液塗布域14a，14bに到達した各第一のプラスチックフィルム12a，12bの新しい部分に対しては、分散液の塗布及び乾燥の工程を複数回繰り返し、所定の厚さの塗布層11a，11bを形成する。このように、分散液の塗布及び乾燥の工程を複数回繰り返した後、各第一のプラスチックフィルム12a，12bを間欠的に繰り出すことにより、一対の第一のプラスチックフィルム12a，12bの間に伝熱層12を間欠的に有する積層フィルム1’を形成する。
【００６３】
図4及び図5に示すように、分散液層3aでは薄片状グラファイト31はほぼ平行に分散しているが、完全に平行である訳ではない。そのため、分散液層3aを乾燥すると、薄片状グラファイト31間の有機溶媒だけが蒸発し、ごく少量のバインダ樹脂により結合されたほぼ平行の薄片状グラファイト31の間には隙間が残る。薄片状グラファイト31間に隙間を有する塗布層3a’が多層に積層されるので、積層すべき塗布層11a，11bは多孔質である。従って、塗布層11a，11bを有する第一のプラスチックフィルム12a，12bを積層しただけでは緻密な伝熱層11を有する放熱フィルムは得られない。
【００６４】
そのため、積層用ロール対46a，46bを通過して得られた積層フィルム1’を、下流に設けられた一段又は多段の熱圧着ロール対47a，47b，48a，48bにより熱圧着する必要がある。熱圧着条件は、バインダ樹脂の種類にもよるが、一般に100〜250℃の温度及び20 MPa（約200 kgf/cm2）以上の圧力であるのが好ましい。熱圧着温度が100℃未満であると、伝熱層11の十分な緻密化が達成されない。また熱圧着温度を250℃超にしても、バインダ樹脂の流動化効果は頭打ちで、経済的でない。熱圧着温度は好ましくは120〜200℃であり、より好ましくは150〜180℃である。熱圧着圧力が20 MPa未満であると、伝熱層11の十分な緻密化が達成されない。
【００６５】
熱圧着用ロール対47a，47b，48a，48bは一段でも多段でも良いが、十分に緻密な伝熱層12を有する熱圧着フィルム1”を製造するために、多段とするのが好ましい。熱圧着用ロール47a，47b，48a，48bの段数は圧下率に応じて適宜設定できる。
【００６６】
積層工程及び熱圧着工程に耐えられるように、第一のプラスチックフィルム12a，12bは十分な機械的強度及び耐熱性を有していなければならない。そのため、第一のプラスチックフィルム12a，12bの厚さは30〜100μmが好ましい。しかし、熱伝導率が低いプラスチックフィルムが厚くなると、伝熱層11の両面がプラスチックフィルムで覆われた構造を有する放熱シート1の熱伝導率は低くなる。そのため、伝熱層11の両面を覆うプラスチックフィルムはできるだけ薄い必要がある。従って、本発明では、伝熱層11の両面を覆う第一のプラスチックフィルム12a，12bを第二のプラスチックフィルム13a，13bに張り替える。
【００６７】
図6に示すように、ガイドロール49の下流に、熱圧着フィルム1”から一方の第一のプラスチックフィルム12aを剥離するための一対のロール101a，101bと、露出した伝熱層11に一方の第二のプラスチックフィルム13aを熱融着するための一対のロール102a，102bと、放熱フィルム1から他方の第一のプラスチックフィルム12bを剥離するための一対のロール103a，103bと、露出した伝熱層11に他方の第二のプラスチックフィルム13bを熱融着するための一対のロール104a，104bとを設ける。伝熱層11の一方の面だけに第二のプラスチックフィルム13aを接着する場合、一対のロール104a，104bを省略する。
【００６８】
伝熱層11は極めて少量のバインダ樹脂しか含有しないので、第一のプラスチックフィルム12a，12bを両方とも剥離すると、残った伝熱層11は破断するおそれがある。そこで、片方の第一のプラスチックフィルム12aを剥離して一方の第二のプラスチックフィルム13aを接着した後に、残りの第一のプラスチックフィルム12bを剥離して他方の第二のプラスチックフィルム13bを接着すれば、伝熱層11を破断することなく、伝熱層11の両面に一対の第二のプラスチックフィルム13a，13bを有する放熱フィルム1が得られる。放熱フィルム1はリール60に巻き取る。
【００６９】
(2) 第二の装置
図7及び図8は放熱フィルムを製造する第二の装置を概略的に示す。第二の装置は、図7に示すように伝熱層11の両面に第一のプラスチックフィルム12a，12bを有する熱圧着フィルム1”を製造する装置200aと、図8に示すように熱圧着フィルム1”の第一のプラスチックフィルム12a，12bを第二のプラスチックフィルム13a，13bに張り替える装置200bとからなる。第二の装置における部材のうち、第一の装置100の部材と同じものには同じ参照番号が付与されている。装置200aでは、熱圧着フィルム1”を製造するまでの構成は第一の装置100と同じで良い。また装置200bでは、第一のプラスチックフィルム12a，12bを第二のプラスチックフィルム13a，13bに張り替える構成は第一の装置100と同じで良い。従って、第二の装置が第一の装置100と相違する点は、(a) 熱圧着フィルム1”を一旦リール60aに巻き取る点と、(b) リール60aから巻き出した熱圧着フィルム1”の第一のプラスチックフィルム12a，12bを第二のプラスチックフィルム13a，13bに張り替えて、得られた放熱フィルム1をリール60bに巻き取る点である。
【００７０】
装置200aでは分散液の塗布及び乾燥を間欠的に行うので、第一のプラスチックフィルム12a，12bの進行は非常に遅いが、装置200bでは第一のプラスチックフィルム12a，12bの第二のプラスチックフィルム13a，13bへの張替を高速で行うことができる。すなわち、放熱フィルム1の製造プロセスにおいて、装置200aにおける伝熱層11の形成工程が律速である。従って、第二の装置を1つの装置200bに対して複数の装置200aを有する構造にすると、全体的に放熱フィルム1の製造速度を高めることができる。
【００７１】
(3) 第三の装置
図9は放熱フィルムを製造する第三の装置300を概略的に示す。第三の装置300は、チャンバ4に複数対の分散液塗布域14a，14b，14a’，14b’・・・が設けられており、各分散液塗布域にノズル45a，45b，45a’，45b’・・・が設けられている点で、第一の装置100と異なる。従って、第一のプラスチックフィルム12a，12bの第二のプラスチックフィルム13a，13bへの張替を行う装置は第一の装置100と同じで良い。
【００７２】
第三の装置300では、まず各第一のプラスチックフィルム12a，12bをチャンバ4内に搬送し、第一のノズル（最も上流側のノズル）45a，45bから分散液をスプレーした後乾燥させ、第一の分散液塗布域14a，14bにおける各第一のプラスチックフィルム12a，12bの部分に塗布層11a、11bを形成する。第一の分散液塗布域14a，14bにおける分散液の塗布及び乾燥は一回でも複数回でも良い。
【００７３】
次いで、各第一のプラスチックフィルム12a，12bを分散液塗布域の分だけ搬送し、第一の分散液塗布域14a，14bで形成した塗布層11a、11bを第二の分散液塗布域14a’，14b’に搬送する。そこで、同様に分散液の塗布及び乾燥を一回又は複数回行い、塗布層11a、11bより厚い塗布層11a’、11b’を形成する。分散液塗布域の数をNとすると、分散液の塗布及び乾燥工程での各第一のプラスチックフィルム12a，12bの進行速度をN倍にすることができる。
【００７４】
[4] 放熱試験
本発明の放熱シートの放熱試験は、図10〜図12に示す装置50により行うことができる。この放熱試験装置50は、環状凹部52を有する断熱絶縁性台51と、環状凹部52に受承される円形板状のヒータ53と、ヒータ53の下面に貼付された温度測定用熱伝対54と、ヒータ53及び温度測定用熱伝対54に接続した温度調節器55と、ヒータ53が真ん中に位置するように台51の上に載置された放熱フィルム1の50 mm×100 mmの試験片56を覆う厚さ1 mmのアクリル板（100 mm×100 mm）57とを具備する。試験片56には図12に示す位置に8つの温度測定点t1〜t8があり、点t1〜t4で測定した温度の平均を最高温度（Tmax）とし、点t5〜t8で測定した温度の平均を最低温度（Tmin）とし、TmaxとTminの平均を平均温度（Tav）とする。
【００７５】
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００７６】
実施例1
25質量％の薄片状グラファイト（日本黒鉛工業株式会社製UP-35N、灰分：1.0％未満、平均粒径：25μm）と、1.25質量％のポリメチルメタクリレート（PMMA）と、73.75質量％のメチルエチルケトンとからなる分散液を、厚さ20μmの2枚のアルミニウム蒸着ポリエチレンテレフタレート（PET）フィルム12a，12bの各々のアルミニウム蒸着面に塗布し、40℃で2分間乾燥させて、厚さ10 g/m2（1 m2当たりの薄片状グラファイトのグラム数で表す。）の薄片状グラファイト／PMMA層を形成した。この手順を合計9回繰り返し、各PETフィルム12a，12bに薄片状グラファイト／PMMAからなる塗布層11a，11bを形成した。塗布層11a，11bが内側になるように、一対の塗布層付き各PETフィルム12，12を120℃で積層し、150℃のロールにより20 MPaで熱圧着し、伝熱層11を有する熱圧着フィルム1”を形成した。
【００７７】
熱圧着フィルム1”の一方のPETフィルム12a剥離した後、シーラント層を有する厚さ10μmのPETフィルム13aを200℃で熱接着し、次いで他方のPETフィルム12a剥離した後、シーラント層を有する厚さ10μmのPETフィルムを200℃で熱接着した。このようにして得られた放熱フィルム1は、厚さ170 g/m2（1 m2当たりの薄片状グラファイトのグラム数で表す。）の伝熱層11を有していた。伝熱層11の厚さが180 g/m2ではなく170 g/m2であるのは、熱圧着により伝熱層11が拡がったためと考えられる。
【００７８】
放熱フィルム１から50 mm×100 mmの試験片を切り出し、図10〜図12に示す装置に載置し、25℃の室温で放熱試験を行った。ヒータ53は2.12 Wの電力で70℃に加熱した。放熱フィルム試験片の最高温度Tmax，最低温度Tmin及び平均温度Tavの測定結果を図13に示す。図13から、本発明の放熱フィルムは良好な放熱性を有することが分かる。
【００７９】
放熱フィルム１の熱伝導率（W/mK）は、レーザーフラッシュ法により熱拡散率（m2/s）を求め、熱拡散率と熱容量（密度×比熱）との積として算出した。その結果、放熱フィルム１の熱伝導率は面内方向で215であり、厚さ方向で1.6であった。
【符号の説明】
【００８０】
1・・・放熱フィルム
11・・・伝熱層
12，12a，12b・・・第一のプラスチックフィルム
13，13a，13b・・・第二のプラスチックフィルム
2・・・プラスチックフィルム
3・・・分散液
3a・・・分散液層
3a’・・・乾燥したバインダ樹脂／薄片状グラファイト層
3b・・・次の分散液層
31・・・薄片状グラファイト
32・・有機溶媒
33・・薄片状グラファイトが凝集した領域
34・・薄片状グラファイトが存在しないか希薄な領域
4・・・チャンバ
41a，41b・・・第一のプラスチックフィルムの送給口
42a，42b・・・熱風の送給口
43・・・排気口
45a，45b，45a’，45b’・・・分散液スプレー用ノズル
46a，46b，46a’，46b’・・・積層用ノズル
47a，47b，48a，48b・・・熱圧着用ノズル
49・・・ガイドロール
50・・・放熱試験装置
51・・・断熱絶縁性台
52・・・環状凹部
53・・・ヒータ
54・・・熱伝対
55・・・温度調節器
56・・・放熱フィルムの試験片
57・・・アクリル板
60，60a，60b，70a，70b・・・リール
100・・・放熱フィルムの第一の製造装置
101a，101b・・・一方の第一のプラスチックフィルムを剥離するための一対のロール
102a，102b・・・一方の第二のプラスチックフィルムを接着するための一対のロール
103a，103b・・・他方の第一のプラスチックフィルムを剥離するための一対のロール
104a，104b・・・他方の第二のプラスチックフィルムを接着するための一対のロール
200a・・・放熱フィルムの第二の製造装置の一部
200b・・・放熱フィルムの第二の製造装置の他の部分
300・・・放熱フィルムの第三の製造装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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