(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨格部と、骨格部の一部又は全部と一体的に形成された樹脂部とからなり、上記骨格部と上記樹脂部は、熱伝導率の異なるシリコーン硬化物で構成されてなる熱伝導性シリコーン成形体の製造方法であって、
熱伝導性フィラーを含有した又は含有しないシリコーン硬化物を用いて上記骨格部と中空部からなるコア材を作製する工程、
少なくとも一つの上記中空部の一部又は全部に、熱伝導性フィラーを含有した又は含有しない、樹脂部を形成するための未硬化のシリコーン組成物を充填する工程、
上記未硬化のシリコーン組成物を硬化させる工程、
を有することを特徴とする熱伝導性シリコーン成形体の製造方法。
【請求項２】
骨格部と、骨格部の一部又は全部と一体的に形成された樹脂部とからなり、骨格部と樹脂部は、熱伝導率の異なるシリコーン硬化物で構成されてなる熱伝導性シリコーン成形体の製造方法であって、
熱伝導性フィラーを含有した又は含有しない、骨格部を形成するための未硬化の棒状シリコーン成型物を成形し、それらの複数本を集結して、骨格部となる部分と、連通した中空部とを有するコア材を作製する工程、
上記コア材の硬化後又は硬化前に、少なくとも一つの上記中空部の一部又は全部に、熱伝導性フィラーを含有した又は含有しない、樹脂部を形成するための未硬化のシリコーン組成物を充填する工程、
上記未硬化のシリコーン組成物と上記未硬化のコア材とを硬化させた後切断する工程、
を有することを特徴とする熱伝導性シリコーン成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱伝導性シリコーン成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器においては、使用時に発生する熱をどのように除去するかが重要な課題であり、それを解決するため、従来よりトランジスタやサイリスタ等の発熱電子部品は、熱伝導性シート等の放熱部材を介して放熱フインや放熱板等のヒートシンクに取り付けられている。熱伝導性シートとしては、樹脂に窒化ホウ素（ＢＮ）等の熱伝導性フィラーを分散含有させたものが広く賞用されており、また最近では、その柔軟性を例えばアスカＣ硬度で５０以下までに著しく柔らかくした高柔軟性放熱スペーサーも使用されるようになってきている。
【０００３】
今日、このような放熱部材においては、更なる熱伝導性の向上が要求されており、それをＢＮの充填率を高めることによって対応しているが、その反面、シートの機械的強度が低下するので充填率を高める方法には限界がある。
【０００４】
ＢＮは鱗片状粒子であり、その熱伝導率は面方向では約１１０Ｗ／ｍＫ、面方向に対して垂直な方向では約２Ｗ／ｍＫ程度であり、面方向の熱伝導性は数十倍優れていることが知られている。したがって、ＢＮ粒子の面方向を熱の伝達方向であるシートの厚み方向と同じにする（すなわち、ＢＮ粒子をシート厚み方向に立たせる）ことによって、シートの熱伝導性が飛躍的に向上することが期待されるが、従来のカレンダーロール法、ドクターブレード法、押し出し法等の成形方法では、シート成形時にＢＮ粒子の配向が起こり、図３のように鱗片状粒子の面方向がシート面方向と同一となってしまい、ＢＮ粒子の面方向の優れた熱伝導性を活かされないままとなっていた。
【０００５】
このような問題を解決するため、特公平６−１２６４３号公報には、ＢＮ粒子をランダムに配向させることが提案されているが、この場合であってもシート面方向に配向したＢＮ粒子も依然として多く存在しているので、十分であるとはいえない。
【０００６】
そこで、シート厚み方向に配向しているＢＮ粒子の割合を、シート面方向に配向している割合よりも多くさせるため、特公平６−３８４６０号公報が提案されている。この方法は、ＢＮ粒子の充填されたシリコーン固化物を成型機でまずブロック化し、次いでそれを垂直方向にスライスしてシート化するものであるので、ブロック寸法が大きくなるとＢＮ粒子がランダムに配向し、これまた熱伝導性の十分な向上は望めない。
【０００７】
また、上記いずれの方法においても、ＢＮ粒子を高充填すると、シートは硬くなり、発熱電子部品が荷重に弱い場合には取り付け時の締め付け力によって損傷する問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、余分な締め付け力を吸収できるような柔らかさを有し、しかも極めて高い熱伝導性を有する放熱部材として好適に使用される熱伝導性シリコーン成形体の製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、骨格部と、骨格部の一部又は全部と一体的に形成された樹脂部とからなり、上記骨格部と上記樹脂部は、熱伝導率の異なるシリコーン硬化物で構成されてなる熱伝導性シリコーン成形体の製造方法であって、以下の工程を有することを特徴とするものである。
熱伝導性フィラーを含有した又は含有しないシリコーン硬化物を用いて上記骨格部と中空部からなるコア材を作製する工程
少なくとも一つの上記中空部の一部又は全部に、熱伝導性フィラーを含有した又は含有しない、樹脂部を形成するための未硬化のシリコーン組成物を充填する工程
上記未硬化のシリコーン組成物を硬化させる工程
【００１０】
また、本発明は、骨格部と、骨格部の一部又は全部と一体的に形成された樹脂部とからなり、上記骨格部と上記樹脂部は、熱伝導率の異なるシリコーン硬化物で構成されてなる熱伝導性シリコーン成形体の製造方法であって、以下の工程を有することを特徴とするものである。
熱伝導性フィラーを含有した又は含有しない、骨格部を形成するための未硬化の棒状シリコーン成型物を成形し、それらの複数本を集結して、骨格部となる部分と、連通した中空部とを有するコア材を作製する工程
上記コア材の硬化後又は硬化前に、少なくとも一つの上記中空部の一部又は全部に、熱伝導性フィラーを含有した又は含有しない、樹脂部を形成するための未硬化のシリコーン組成物を充填する工程
上記未硬化のシリコーン組成物と上記未硬化のコア材とを硬化させた後切断する工程
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、更に詳しく本発明について説明する。
【００１４】
本発明で製造される熱伝導性シリコーン成形体は、骨格部と、骨格部の一部又は全部と一体的に形成された樹脂部とからなり、骨格部と樹脂部は熱伝導率の異なるシリコーン硬化物で構成されているものである。
【００１５】
シリコーン硬化物のシリコーン原料は、付加反応型液状シリコーンゴム、過酸化物を加硫に用いる熱加硫型ミラブルタイプのシリコーンゴム等が使用されるが、電子機器の放熱部材では、発熱電子部品の発熱面とヒートシンク面との密着性が要求されるため、付加反応型液状シリコーンゴムが望ましい。その具体例としては、一分子中にビニル基とＨ−Ｓｉ基の両方を有する一液性のシリコーンや、末端又は側鎖にビニル基を有するオルガノポリシロキサンと末端又は側鎖に２個以上のＨ−Ｓｉ基を有するオルガノポリシロキサンとの二液性のシリコーンなどがあり、市販品としては、東レダウコーニング社製、商品名「ＳＥ−１８８５」等がある。シリコーン硬化物の柔軟性は、シリコーンの架橋密度や熱伝導性フィラーの充填量によって調整することができる。
【００１６】
本発明で使用される熱伝導性フィラーは、ＢＮ粉末単独又はＢＮ粉末と他の熱伝導性フィラーとの混合粉末である。ＢＮは、鱗片状粒子の面方向（ａ軸）と垂直方向（ｃ軸）とでは熱伝導性が数十倍程度異なっているが、後述する方法によってその面方向の高熱伝導性を都合よく利用することができる。
【００１７】
ＢＮ以外の熱伝導性フィラーとしては、絶縁性が必要な場合には、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、マグネシア等のセラミックス粉末が用いられ、また絶縁性を問わない場合には、これらのセラミックス粉末の他に、アルミニウム、銅、銀、金等の金属粉末や、炭化珪素粉末、炭素粉末等が使用される。熱伝導性フィラーの形状は、破砕形状、球状、繊維状、針状、鱗片状などいずれでもよく、また粒度は、平均粒径１〜１００μｍ程度のものが使用される。
【００１８】
ＢＮ粒子の厚み（ｃ軸方向）は、０．１μｍ以上であることが好ましく、０．１μｍを未満では、シリコーンに分散させる際に粒子が破壊する恐れがある。また、ＢＮ粒子のアスペクト比（縦／横比）はできるだけ大きい方が熱伝導性を向上させる点で好ましく、２０以上が好ましい。
【００１９】
このようなＢＮ粉末は、例えば粗製ＢＮ粉末をアルカリ金属又はアルカリ土類金属のほう酸塩の存在下、窒素雰囲気中、２０００℃×３〜７時間加熱処理してＢＮ結晶を十分に発達させ、粉砕後、必要に応じて硝酸等の強酸によって精製することによって製造することができる。
【００２０】
本発明で製造される熱伝導性シリコーン成形体は、異なる熱伝導率を有するシリコーン硬化物で骨格部と樹脂部を構成したものであるが、その熱伝導率の調整は、ＢＮの含有量ないしはその配向度によって行うことができる。本発明のように、骨格部と樹脂部を異なる熱伝導率を有するシリコーン硬化物で構成する理由は、熱伝導率の高い部分で高熱伝導性を、低い部分で高柔軟性を負担させるためである。
【００２１】
本発明においては、（１）骨格部と樹脂部の構成比率、（２）一つの中空部内部に形成される樹脂部の割合、（３）骨格部と樹脂部の熱伝導率差の大きさ、（４）骨格部ないしは樹脂部の断面形状等については、特に制限はない。以下、これらについて更に詳しく説明する。
【００２２】
まず、骨格部又は樹脂部の構成比率は、断面積比で５０〜９８％であることが好ましい。後述の製造方法ａによれば、骨格部の比率が５０〜９８％のものを容易に製造することができ、製造方法ｂによれば、樹脂部の比率が５０〜９８％特に７０〜９５％であるものを容易に製造することができる。樹脂部の構成比率は、その数、大きさ又はその両方で調整することができる。
【００２３】
一つの中空部内部に形成される樹脂部の割合について説明すると、樹脂部の構成比率を大きくして樹脂部を伝熱の主要部とする場合には、中空部内部の全体に樹脂部を形成することが好ましい。逆に、骨格部の構成比率を大きくして骨格部を伝熱の主要部とする場合は、骨格部が柔軟性に富むものほど、全体に形成させるよりも保形を維持できる程度に、表面及び／又は裏面の近傍に部分的に形成させるのがよい。この場合の中空部は、部分的に空隙状態となっているが、何ら問題はなく、用途によってはこのような構造が好都合である。
【００２４】
本発明において、骨格部と樹脂部のどちらの熱伝導率を大きくするかは、使用目的に応じて決定される。また、両者の熱伝導率の差についても特に制限はなく、一例は２Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。
【００２５】
骨格部と樹脂部の間に熱伝導率の差を設ける方法としては、ＢＮ粉末の充填量かその配向のさせ方、又はその両方で行うことができる。ＢＮ粉末の充填量によって行う場合は、ＢＮ含有量の異なるシリコーン組成物を用いることによって容易に行うことができる。この場合、伝熱の主要部（骨格部又は樹脂部）における熱伝導性フィラーの含有量は、３５〜７０体積％特に４０〜５５体積％にすることが好ましい。３５体積％未満では、シリコーン成形体に十分な熱伝導性を付与することができず、７０体積％をこえると機械的強度が低下する。伝熱の主要部でない部分の熱伝導性フィラーの含有量は、０〜４０体積％が適当である。一方、ＢＮ配向のさせ方で熱伝導率を違える場合は、後述の製造方法ｂが適している。製造方法ａであっても、中空部に塊状のＢＮ粉末を充填しておき、そこにシリコーン原料を浸漬・硬化させることによって行うことができるが、製造方法ｂよりも生産性がよくない。
【００２６】
次に、骨格部ないしは樹脂部の断面形状について説明する。骨格部の断面形状は、通常は網目である。網目の網の部分が骨格部であり、その断面積占有率が上記した骨格部の構成比率となる。これに対し、樹脂部（すなわち網目の目の部分）の断面形状は、三角形、四角形、六角形、格子状（図４参照）、菱形（図１参照）、台形等の多角形、円形（図５参照）、楕円形、波形、同心円形、放射形、渦巻形など種々の形状が可能である。
【００２７】
本発明で製造される熱伝導性シリコーン成形体の形状については制約はなく、用途に応じて適切な形状が選択される。シート状ないしは矩形状のものは、熱伝導性シートや高柔軟性放熱スペーサー等の電子機器の放熱部材として使用される。
【００２８】
本発明で製造された熱伝導性シリコーン成形体の一用途に放熱部材がある。放熱部材の熱抵抗が０．５℃／Ｗ・ｍｍ以下、アスカＣ硬度が５０以下であることが好ましい。また、放熱部材の厚み方向にＸ線を照射して得られたＸ線回折図において、＜１００＞面（ａ軸）に対する＜００２＞面（ｃ軸）のピーク比（＜００２＞／＜１００＞）が６以下であることが好ましい。
【００３０】
本発明の製造方法ａについて説明すると、先ず熱伝導性フィラーを含有した又は含有しないシリコーン硬化物を製造する。シリコーン硬化物の硬化程度は、次工程の中空部形成に支障を来さなければ、十分に硬化していなくてもよい。次に、このシリコーン硬化物を打ち抜く等により中空部を形成し、骨格部と中空部からなるコア材を作製する。通常は、中空部を形成した残部がコア材の骨格部となる。中空部の構成比率とその数については、上記したとおり自由である。
【００３１】
次いで、その中空部の少なくとも一つの内部の全部又は一部に、上記シリコーン硬化物（骨格部）の熱伝導率と異なる樹脂部が形成されるように、熱伝導性フィラーを含有した又は含有しない未硬化のシリコーン組成物を充填する。熱伝導率を違えるためには、熱伝導性フィラーの充填量が骨格部と異なった未硬化のシリコーン組成物を充填するか、又は中空部内にあらかじめＢＮ粉末を詰めておき、望ましくは放熱部材の厚み方向とＢＮ粒子の面方向がなるべく一致するように詰めておき、未硬化のシリコーン組成物を注入することによって行うことができる。
【００３２】
上記シリコーン硬化物原料ないしは未硬化のシリコーン組成物の調合は、ロールミル、ニーダー、バンバリーミキサー等を用いて行うことができ、また硬化は、遠赤外炉、熱風炉等を用いて行われる。
【００３３】
次に、本発明の製造方法ｂについて説明する。先ず、コア材の骨格部を成形するための原料を調製する。骨格部は、熱伝導性フィラーを含有した又は含有しないシリコーン硬化物で構成されるが、望ましくは液状シリコーン３０〜８０体積％、熱伝導性フィラー７０〜２０体積％の混合物の硬化物である。原料の混合は、上記機器を用いて行う。
【００３４】
次いで、この混合物を複数の穴を有するダイスより押し出して未硬化の棒状シリコーン成型物を成形し、それらの複数本を集結して、骨格部となる部分と、連通した中空部とを有するコア材を作製する。一本の棒状シリコーン成型物の断面積（ダイスの穴径に相当）は、０．５〜３００ｍｍ2 とすることが好ましく、これによって、熱伝導性フィラーがＢＮ粉末である場合、混合物がダイスの狭い流路を通過する際にＢＮ粒子を一定方向に配向させることができ、熱伝導性シリコーン成形体の厚み方向に配向しているＢＮ粒子の割合を多くすることが容易となる。
【００３５】
次に、上記集結体（コア材）を硬化させてから又は硬化させる前に、少なくとも一つの中空部内部の全部又は一部に熱伝導性フィラーを含有した又は含有しない、未硬化のシリコーン組成物を充填する。充填に際しては、真空を利用することができる。ここで形成されたコア材の中空部は、棒状シリコーン成型物が円柱状である場合、その開口部の面積が狭いものとなるので、通常は熱伝導性フィラーを含有しない又は含有量の少ない、未硬化のシリコーン組成物が用いられる。なお、ここでは、未硬化の棒状シリコーン成型物を集結する場合について説明したが、硬化させた棒状シリコーン成型物を集結して中空部を形成させてもよい。
【００３６】
その後、上記未硬化のシリコーン組成物と、上記コア材の硬化前に上記未硬化のシリコーン組成物が充填された態様にあってはその未硬化のコア材とを硬化させた後、所望長さに切断することによって、本発明の熱伝導性シリコーン成形体が製造される。硬化には上記した機器が使用される。
【００３７】
本発明の製造方法ｂにおいては、棒状シリコーン成型物の断面積が０．５〜３００ｍｍ２  、硬化物の切断幅が０．０５〜５ｍｍ特に０．２〜２ｍｍであることが好ましい。
【００３８】
【実施例】
以下、実施例と比較例をあげて更に具体的に本発明を説明する。
【００３９】
実施例１
コア材を成形するため、ミラブル型シリコーンゴム（東芝シリコーン社製、商品名「ＴＳＥ２９１３Ｕ」）に、平均粒子径１５μｍ、平均粒子厚み１μｍのＢＮ粉末（電気化学工業社製、商品名「デンカボロンナイトライド」）を表１に示す割合で配合し、市販ミキサーで混合し、更にシリコーンゴム用加硫剤（２、４−ジクロロパーオキサイド）、シリコーンゴム用難燃付与剤（白金含有イソプロピルアルコール）、フィラー分散剤（日本ユニカー社製、商品名「Ａ−１７３」）をそれぞれ少量添加して熱伝導性コンパウンドを調製した。
【００４０】
次いで、直径３ｍｍの穴が縦に１７列、横に１７列設けられたダイスから、上記コンパウンドを押し出して未硬化の棒状シリコーン成型物を成形し、それらの全てを自重と側面ロールによって集結（集結体の平面形状は５０×５０ｍｍ程度である）しながら、１５０℃の遠赤外乾燥炉を５分間通過させて加硫硬化させ、断面積比が中空部約２１％、骨格部約７９％からなるコア材を成形した。中空部の平面形状は各辺が湾曲した菱形ないしは三角形であり、その数は約２５６であった。
【００４１】
次に、コア材をフッ素樹脂製の型枠に入れ、全ての中空部の内部の全部に、Ａ液（ビニル基を有するオルガノポリシロキサン）とＢ液（Ｈ−Ｓｉ基を有するオルガノポリシロキサン）の二液性の付加反応型液状シリコーン（東レダウコーニング社製、商品名「ＳＥ−１８８５」）を１対１の混合比からなるスラリーを流し込み、真空で５分間処理した後、熱風乾燥機で１２０℃、５時間加硫硬化させた。その後、これを型枠から取り出し、厚み１ｍｍに切断して、図１に示すような本発明の熱伝導性シリコーン成形体を製造した。
【００４２】
実施例２
ミラブル型シリコーンゴムのかわりに、Ａ液（ビニル基を有するオルガノポリシロキサン）対Ｂ液（Ｈ−Ｓｉ基を有するオルガノポリシロキサン）の混合比を表１に示す割合とした二液性の付加反応型液状シリコーン（東レダウコーニング社製、商品名「ＳＥ−１８８５」）を用いてコア材の骨格部を形成したこと以外は、実施例１と同様にして熱伝導性シリコーン成形体を製造した。
【００４３】
比較例１〜２
押し出し口が平面形状であるダイスを用い、平板形状の未硬化シリコーン成形物を押し出し、それを硬化させたこと以外は、実施例１又は実施例２と同様にしてシリコーン成形体を製造した。
【００４４】
上記で得られたシリコーン成形体について、厚み方向の熱抵抗と、樹脂部の構成比率を測定した。それらの結果を表１に示す。
【００４５】
（１）熱抵抗
シリコーン成形体をＴＯ−３形状に切断し、これをＴＯ−３型の銅製ヒーターケースと銅板との間にはさみ、締付けトルク５ｋｇｆ−ｃｍにてセットした後、銅製ヒーターケースに電力１５Ｗをかけて４分間保持し、銅製ヒーターケースと銅板との温度差を測定し、次式により算出した。
【００４６】
熱抵抗（℃／Ｗ・ｍｍ）＝｛温度差（℃）／電力（Ｗ）｝／シート厚（ｍｍ）
【００４７】
（２）樹脂部の構成比率
熱伝導性シリコーン成形体の断面積当たりの樹脂部の占有面積率を顕微鏡で測定した。
【００４８】
【表１】
0003585385.tif 000002
【００４９】
表１より、実施例の熱伝導性シリコーン成形体は、比較例に比べて、熱伝導性が大幅に向上していることがわかる。
【００５０】
次に、実施例で製造された本発明の熱伝導性シリコーン成形体を適宜形状に切断して放熱部材となし、ボールグッリドアレイ式のＳＲＡＭとヒートシンクの間に荷重をかけて介在させたところ良く密着し、作動時の温度上昇の少ない高信頼性の電子機器をつくることができた。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、高柔軟性かつ高熱伝導性のシリコーン成形体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で製造された熱伝導性シリコーン成形体の斜視図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【図３】従来の熱伝導性シートの厚み方向における断面図
【図４】本発明で使用されるコア材の形状の一例を示す平面図。
【図５】本発明で使用されるコア材の形状の一例を示す平面図。
【符号の説明】
１  熱伝導性シリコーン成形体
２  骨格部
３  樹脂部
４  熱伝導性フィラー
５  コア材の中空部
【図１】
0003585385.tif 000003
【図２】
0003585385.tif 000004
【図３】
0003585385.tif 000005
【図４】
0003585385.tif 000006
【図５】
0003585385.tif 000007