(57)【要約】【課題】  シートの膜厚が薄くて放熱性がよく、かつ電気絶縁性にもすぐれた（電子機器・電子部品用）放熱シート、ならびにそのための製造方法を提供すること。【解決手段】  酸化マグネシウム粒子を、ガラス転移温度が−５０〜５０℃であるバインダー樹脂で結着させてなる放熱シートであって、酸化マグネシウム粒子／バインダー樹脂の質量比が７５／２５〜９１／９であり、シート厚みが５０〜１５０μｍであることを特徴とする放熱シート。該バインダー樹脂を溶剤に溶解した溶液に酸化マグネシウム粒子を均一に微細分散させた塗工液をコーティングし、乾燥することによって、シート化する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化マグネシウム粒子を、ガラス転移温度が−５０〜５０℃であるバインダー樹脂で結着させてなる放熱シートであって、酸化マグネシウム粒子／バインダー樹脂の質量比が７５／２５〜９１／９であり、シート厚みが５０〜１５０μｍであることを特徴とする放熱シート。
【請求項２】
前記酸化マグネシウム粒子が、平均粒径１〜８０μｍの微粒子である請求項１記載の放熱シート。
【請求項３】
前記バインダー樹脂が、ポリエステル系樹脂、酢酸ビニル単位の比率が４０〜８０モル％であるエチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂から選ばれる１種以上である請求項１又は２記載の放熱シート。
【請求項４】
請求項１〜３記載の放熱シートが離型性保護フィルム上に貼着された離型性保護フィルムつき放熱シート。
【請求項５】
酸化マグネシウム粒子、バインダー樹脂および溶剤からなる放熱シート製造用組成物をコーティングし、溶剤を乾燥させて固化することによってシート化する放熱シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パソコン、携帯電話などの電子機器内に配設され、大規模集積回路（ＬＳＩ）などの電子部品から発生する熱を効率よく外方に放熱するために使用される放熱シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器は高性能化、多機能化がめざましく、使用されるマイクロプロセッサー（ＭＰＵ）、画像処理チップ、メモリーなどＬＳＩの高性能化が進む一方で、それに伴いＭＰＵからのＬＳＩの発熱量も増える一方であったため、熱対策が問題となっていた。
従来は、ＬＳＩの機器内適正配置で済む場合、そうでないときは小型ファンモーター等の放熱器の利用が一般的であった。しかしながら、ノート型パソコン、携帯電話機など、薄型軽量化（小型化）が特に追求されるような電子機器では、熱設計は難しくなる一方である。そして、以前は放熱器が不要であったＭＰＵについても、発熱量の増加によって、放熱器を用いなければ放熱し切れなくなってきている。
ＭＰＵなどの電子部品に放熱器を設けるにあたって、通常は電子部品と放熱器との間に、高熱伝導率の材料から成る放熱シートを配置する。電子部品と放熱器とを直接接合すると、放熱器の接合面の微小な反り等から、電子部品と放熱器の間に空隙が生じると、この空隙が熱伝導の大きな抵抗となるからである。また、ファンモーターの音が気になるというユーザーの声もあり、放熱シートのみの使用でファンレス化したノート型パソコンも市販されるようになった。
このように、放熱シートは、電子機器、電子部品の熱対策にきわめて重要なものとなってきている。
【０００３】
放熱シートとしては柔軟性が必要なため、ゴム性状のものが用いられていたが、熱伝導率を上げた放熱シートとして、近年、窒化ホウ素をポリオレフィン系ゴムに分散させた放熱シート（特許文献１参照）、平均アスペクト比が３未満の黒鉛質炭素繊維をマトリックス樹脂に分散させた放熱シート（特許文献２参照）などが提案されている。
なお、分散させる高熱伝導性粒子（無機質フィラー）として窒化ホウ素、酸化マグネシウム等の電気絶縁性物質を選択すれば、電気絶縁性放熱シートが得られ、また、黒鉛等の電気伝導性物質を選択すれば、電気伝導性放熱シートが得られ、各々用途に応じて使用されている。
これら無機質フィラー、特に後者の黒鉛質炭素繊維は熱伝導率がかなり高いものであるが、放熱シートの柔軟性、機械的強度等の物性を重視するために、放熱シート中の無機質フィラーの含量はそれほど高くなく、シートの膜厚も数百μオーダーと比較的厚みのあるものであった。すなわち、これら放熱シートは何れも、必然的に、専らシートの熱伝導率を５〜１０Ｗ／ｍＫ程度と高くすることによって、熱抵抗を低くし（熱貫流率を高くし）、以って放熱性能を高める設計思想を採用していた。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２４６６２８号公報
【特許文献２】特開平９−２８３９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる状況下、放熱シートを提供するに当たって、熱伝導率、電気絶縁性、および機械的強度にもすぐれた（電子機器・電子部品用）放熱シート、ならびにそのための製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的達成のための検討を行った結果、電気絶縁性放熱シートの放熱性能を高めるためには、熱抵抗を低くすればよく、熱抵抗は、放熱シートの、〔厚み／熱伝導率〕に比例することに鑑みると、熱抵抗を低くするためには、厚みを薄くする方法が有ることを見出した。そこで、良好な熱伝導率を有する電気絶縁性材料である酸化マグネシウム粒子をできるだけ少量のバインダー樹脂で結着することで、一定値以上の熱伝導率を確保するとともに、製膜法の工夫で電気絶縁性放熱材料層を薄膜化することも併用することにより、十分な低熱抵抗を実現し得ることを見出して本発明を完成するに至った。
本発明の放熱シートは、特定のガラス転移温度を有するバインダー樹脂を、溶剤に溶解させた樹脂溶液中に、酸化マグネシウム粒子を分散させ、これを塗工し、乾燥することで製造することが好ましい。かかる方法により、高酸化マグネシウム粒子比の薄いシートであって、放熱性のみならず、機械的強度、柔軟性等においても実用的な電気絶縁性にすぐれた放熱シートを容易に得ることができる。
また、バインダー樹脂としては、ポリエステル系樹脂、酢酸ビニル単位の比率が４０〜８０モル％であるエチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂が好ましい。
【０００７】
すなわち本発明は、
（１）酸化マグネシウム粒子を、ガラス転移温度が−５０〜５０℃であるバインダー樹脂で結着させてなる放熱シートであって、酸化マグネシウム粒子／バインダー樹脂の質量比が７５／２５〜９１／９であり、シート厚みが５０〜１５０μｍであることを特徴とする放熱シート；
（２）前記酸化マグネシウム粒子が、平均粒径１〜８０μｍの球状微粒子である上記（１）の放熱シート；
（３）前記バインダー樹脂が、ポリエステル系樹脂、酢酸ビニル単位の比率が４０〜８０モル％であるエチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂から選ばれる１種以上である上記（１）又は（２）の放熱シート；
（４）上記（１）〜（３）の放熱シートが離型性保護フィルム上に貼着された離型性保護フィルムつき放熱シート；
（５）酸化マグネシウム粒子、バインダー樹脂および溶剤からなる放熱シート製造用組成物をコーティングし、溶剤を乾燥させて固化することによってシート化する放熱シートの製造方法；
を提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の放熱シートは、熱伝導性および電気絶縁性ともに良好な材料である酸化マグネシウムの粒子をできるだけ少量のバインダー樹脂で結着し、かつ、シート厚みをできるだけ薄くしたものであるから、放熱性および電気絶縁性が良好である。
かかる放熱シートは、特定のガラス転移温度を有するバインダー樹脂を溶剤に溶解させた樹脂溶液中に、酸化マグネシウム粒子を分散させ、これを塗工し、乾燥することで好適に製造することができ、放熱性のみならず、機械的強度、柔軟性等においても実用的な電気絶縁性にすぐれた放熱シートを得ることができる。
なお、酸化マグネシウムは、電気絶縁性放熱材料としては硬度もあまり高くないので樹脂溶液塗工時に塗工ロールを傷めないという利点を有し、また、耐水性処理した酸化マグネシウムは、使用する場所、環境の制約を受けにくいという点で有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明で使用される酸化マグネシウム粒子としては、放熱用途の一般的なものであれば特に制限されない。本発明の好ましい製造方法であるバインダー樹脂溶液中で酸化マグネシウム粒子の均一な分散状態を得るために、その平均粒径（レーザー回折法により測定）は、１〜８０μｍ、さらに好ましくは１〜３０μｍ程度のものを使用するのがよい。
なお、酸化マグネシウム粒子は、例えば、協和化学工業社製「パイロキスマ５３０１」などが好ましく使用できるが、「パイロキスマ５３０１Ｋ」など耐水処理を施した耐水グレードのものであることが特に好ましい。
【００１０】
本発明で使用されるバインダー樹脂は、ガラス転移温度（以下、Ｔｇという；ＤＳＣ法により測定）が−５０〜５０℃であることを要し、−３０〜１０℃であることがより好ましい。Ｔｇがこの範囲であることで、高酸化マグネシウム粒子含量（低バインダー樹脂量）であるにもかかわらず、放熱シートの薄膜での造膜性、柔軟性、および実用的な機械強度等が確保できる。
【００１１】
本発明で使用されるバインダー樹脂としては、上記のＴｇ範囲を充足するものであれば特に限定されないが、電気絶縁性にすぐれた放熱シートとするために、樹脂となったときの物性として、体積固有抵抗値が１×１０12Ω以上であることが好ましく、１×１０14Ω以上であることがさらに好ましい。
そのようなバインダー樹脂としては、ポリウレタン、ポリオレフィン、アクリル樹脂、各種合成ゴムなどであってもよいが、溶剤への易溶解性、溶剤に溶解した組成物の塗工適性（粘度等）の他、シートの機械的強度、耐候性、耐熱性などの点から、ポリエステル系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂が特に好適である。
【００１２】
ポリエステル系樹脂としては、上記のＴｇ範囲を充足するほか、シートの柔軟性、および（本発明の放熱シート製造のための）溶剤への易溶解性の観点から、非晶質のポリエステル系樹脂が好ましく、また、耐候性の点から飽和ポリエステルが好ましい。
かかる飽和ポリエステルとしては、コハク酸、アジピン酸などの飽和ニ塩基酸とエチレングリコール、１，６−ヘキサンジオールなどの飽和ニ価アルコールのポリエステルなどが挙げられる。該飽和ポリエステルの数平均分子量（ＧＰＣ法により測定）は、５０００〜５００００あることが好ましい。
なお、ダイオキシン発生防止、低分子シロキサンによる接点不良の防止の観点から、ハロゲンフリー、シロキサンフリーであるポリエステル系樹脂であることが好ましい。
【００１３】
エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂としては、上記のＴｇ範囲を充足するものを用いる。ただし、放熱シートの柔軟性および耐熱性の観点から、酢酸ビニル単位の比率が４０〜８０モル％であるＥＶＭ（ＩＳＯ１６９２（１９９５））とよばれるエラストマーの範囲のものが特に好ましい。該エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂の数平均分子量（ＧＣＰ法により測定）は、５００００〜５０００００であることが好ましい。
ＥＶＭエラストマーは耐熱性が高いため、これを使用すると放熱シートの熱安定性が特に優れるという利点がある。
なお、ポリエステル系樹脂同様、ダイオキシン発生防止、低分子シロキサンによる接点不良の防止の観点から、ハロゲンフリー、シロキサンフリーであることが好ましい。
【００１４】
本発明の放熱シートは、上記酸化マグネシウム粒子／上記バインダー樹脂（以下、ＰＶ比ということがある。）の質量比が７５／２５〜９１／９、好ましくは８０／２０〜８５／１５であり、且つその配合（熱伝導率１〜１．５Ｗ／ｍＫ程度）において、十分な低熱抵抗を得るためにシート厚みが５０〜１５０μｍ、好ましくは８０〜１２０μｍであることを特徴とする。
すなわち、熱伝導性を高くするため、高酸化マグネシウム粒子含量とし、かつ、シート厚みをできるだけ薄くしたものである。酸化マグネシウム粒子／バインダー樹脂比（ＰＶ比）が７５／２５より低いと熱伝導性が不十分であり、９１／９より高いと実用的な機械強度のシートにすることが困難となる。
また、シート厚みが１５０μｍより厚いとシート厚み方向の熱抵抗が大きく、本発明の組成物から得られる熱伝導率１．０〜１．５Ｗ／ｍＫ程度の場合において放熱性が不十分となり、５０μｍより薄いと製膜が難しくなると同時に、実用的な機械強度のシートとならない。
また、かかるバインダー樹脂に対する高酸化マグネシウム粒子比は、放熱シートの耐熱性を高めることができる。
【００１５】
かかる本発明の放熱シートは、バインダー樹脂を溶剤に溶解した溶液に酸化マグネシウム粒子を均一に分散した組成物を、塗工、溶剤を乾燥して固化せしめることにより、高酸化マグネシウム粒子含量の、シート厚みの薄い放熱シートとすることができる。すなわち、本発明は、溶剤を使用することにより、酸化マグネシウム粒子とバインダー樹脂混合物の流動性を高め、薄膜塗工適性を付与したものである。且つ該組成物を塗工、製膜した後、含有する溶剤を乾燥除去することにより、固化した放熱シートの膜厚は、溶剤分だけ減少し、更なる薄膜化がなされる。
【００１６】
本発明の放熱シートの製造に用いられる溶剤は、好ましくはＳＰ値が８〜１０の芳香族炭化水素、ケトン、エステル系の溶剤であることがより好ましい。ＳＰ値がこの範囲であるとその範囲のＳＰ値のバインダー樹脂をよく溶解し、かつ酸化マグネシウム粒子の分散性もよい。
かかる溶剤としては、ＳＰ値がこの範囲であれば特に制限されないが、メチルエチルケトン（ＳＰ値：９．３）、トルエン（ＳＰ値：８．９）、酢酸エチル（ＳＰ値：９．１）などが、塗工後の乾燥性、コーティング剤の流動性などの点から好ましく用いられる。
これら溶剤は、１種単独であるいは２種以上を混合して用いてもよい。
さらに、本発明の放熱材料層を製造するための組成物（コーティング剤）としては、バインダー樹脂の溶液状態を損なわない範囲において、コーティング剤の流動性や乾燥速度の調節等の目的で、必要に応じて、希釈溶剤、遅口溶剤（低揮発性溶剤）等を適宜の量、添加することができる。
特に、酢酸ブチルの蒸発速度を１００としたとき相対蒸発速度が１２０以下である溶剤（遅口溶剤）を該組成物中０〜１５質量％含むことは好ましい態様である。かかる遅口溶剤として、キシレン（相対蒸発速度６８）、メチルイソブチルケトン（同１１８）、酢酸−ｎ−ブチル（同１００）、ジエチレングリコールモノエチルエーテル（同＜１）、ｎ−ブチルアルコール（同４５）などの、芳香族炭化水素、ケトン、エステル、グリコール誘導体、アルコール等の溶剤が挙げられる。
【００１７】
本発明の放熱シートを製造するための組成物としては、ガラス転移温度−５０〜５０℃であるバインダー樹脂１００質量部を、溶剤２００〜３０００質量部に溶解した溶液に、酸化マグネシウム粒子３００〜９１０質量部を、ディゾルバーなどを用いて、均一かつ微細に分散混合させたものが好ましい。
該組成物の塗工性は、組成物の各成分の種類、量に左右されるが、なかでも、溶剤の種類、量、酸化マグネシウム粒子の形状・粒径、量等により大きく影響を受ける。
本発明に好適に使用されるコーティング法により、本発明の５０〜１５０μｍという薄いシート厚みの放熱シートを容易に得るためには、最適な溶剤配合量（組成物の流動性、乾燥時の厚み収縮との関係を評価するために、組成物全体に対する溶剤の比率で表示する）としては該組成物中の溶剤量で１６．５〜８８．３質量％、酸化マグネシウム粒子の粒径としては１〜８０μｍ程度、そして、酸化マグネシウム粒子分散樹脂溶液（コーティング剤）の粘度としては５０〜１００００ｍＰａｓ（Ｂ型粘度計  ２５℃（６０回転））程度が好適である。
【００１８】
なお、本発明の放熱シートには、放熱特性（熱伝導率）に大きな悪影響を与えない程度であれば、金属水和物（例えば、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム）、窒素系難燃剤（例えば、メラニンシアヌレート、ポリリン酸メラミン）などの難燃剤；着色剤；シランカップリング剤、イソシアネートなどの硬化剤；分散剤、マイクロシリカなどを適宜、適量選択して配合しても差し支えない。
【００１９】
本発明の放熱シートを製造するための組成物である酸化マグネシウム粒子分散樹脂溶液（コーティング剤）は、通常のコーティング機等で、離型層付き樹脂フィルムなどの離型性フィルム等の上に塗工され、遠赤外線輻射ヒーター、温風吹付けなどによって乾燥されることにより、シート化される。
該離型層としては、メラミン樹脂等が用いられる。また、該樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂等が用いられる。
【００２０】
製膜された本発明の放熱シートは、厚みが５０〜１５０μｍであり、密度は１．８５〜２．２０程度である。
放熱シートの熱伝導率は、勿論、より高い方が放熱性能上好ましい。ただし、本発明においては、放熱シートの厚みを１５０μｍ以下と薄くすることで熱抵抗を下げる設計のため、放熱シートの熱伝導率は１．０Ｗ／ｍＫ程度以上、より好ましくは１．２Ｗ／ｍＫ以上あれば実用上求められる放熱性能は得られる。この厚み及び熱伝導率の組合わせにより、従来の、厚み５００μｍで熱伝導率５Ｗ／ｍＫ程度の放熱シートと同等の放熱性能を得ることができる。前記のような配合の組成物を用いれば、この程度の熱伝導率は容易に得られる。
なお、熱伝導率の測定は、ＪＩＳ Ａ １４１２規定の方法、レーザーフラッシュ法等公知の方法に準拠して行う。
【００２１】
このように得られた放熱シートは、離型性フィルムから剥がし、あるいは、離型性フィルムを保護フィルムとした状態で、放熱シートとしての使用に供するための製品の形とすることができる。
【００２２】
また、本発明の放熱シートは、粘着性層を放熱シートの上面または下面にさらに設けた構成としてもよく、これにより、製品使用時の利便性が高まる。
また、本発明の放熱シートは、その機械的強度を補強したり、或いはその放熱性をより強化するために、高熱伝導率を有する金属層との積層体の形態とすることができる。この場合、電気絶縁性を損なわないためには、金属層を中心層とし、その両側に上記特定の酸化マグネシウム粒子とバインダー樹脂とから成る放熱シート層を積層した３層積層体の形態とする。なお、電気絶縁性を要求しない用途であれば、金属層の片側に上記特定の放熱シート層を積層した２層積層体の形態とすることも可能である。
該金属層を構成する金属としては、熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上の物、例えば、アルミニウム、銅等が用いられる。また、該金属層の厚みは、機械的強度や熱伝導性の補強と積層体の可撓性や加工性との兼ね合いから、通常６〜５０μｍ程度とする。上記放熱シートと金属層との積層体を得るには、例えば、金属層上に前記の放熱シートを形成するための組成物を塗工する方法、金属層と前記の放熱シートとを熱プレスする方法等が挙げられる。
【実施例】
【００２３】
以下、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。
実施例１
３００ｍｌ容の攪拌混合機を備えた容器中で、バインダー樹脂としてポリエステルＡ（非晶質飽和共重合ポリエステル；東洋紡績（株）製、商品名：「バイロン３００」、Ｔｇ：６℃、数平均分子量２３０００、比重１．２０、ＳＰ値１０．９６、体積固有抵抗値１．３×１０15Ω）をメチルエチルケトン／トルエン混合溶剤中３５質量％溶解した溶液の４０質量部に、酸化マグネシウム粒子（平均粒径：７μｍ）５６質量部を加え、よく混合して均一スラリーとした（酸化マグネシウム粒子／バインダー樹脂質量比（ＰＶ比）＝８０／２０）。このスラリーに、さらにメチルエチルケトン４質量部を添加して攪拌混合し、酸化マグネシウム微粒子が均一に分散した塗工液を得た。
得られた塗工液をコーティング機（アプリケーター）により、離型剤塗布ＰＥＴフィルムの離型剤層上に塗工し、熱風乾燥して、含有する溶剤を乾燥除去することで放熱シートを得た。
得られた放熱シートの物性等を表１に示した。
【００２４】
なお、放熱シートの密度（比重）は、５．０×１０．０ｃｍのサイズに切り取ったシートの膜厚および重さ（質量）を測定して算出した。
また、熱伝導率の測定は、レーザーフラッシュ法により熱拡散率を求め、該熱拡散率と熱容量（密度×比熱）との積として熱伝導率を算出する方法で行った（実施例２以下も同様）。
放熱シートの引張強さ、引張破壊伸びは、ＪＩＳ Ｋ ７１１３に準拠して求めた。
シート加工性は、放熱シートを離型フィルム上から形状を維持したまま剥離できるか否かにより評価した。
【００２５】
実施例２〜６、比較例１〜４
実施例１と同様の操作で表１に記載の各組成の塗工液を得、実施例１と同様の操作で放熱シートを得た。
得られた放熱シートの物性等を表１に示した。
なお、ポリエステルＢとは、東洋紡績（株）製、商品名：「バイロン２００」（Ｔｇ：６７℃、数平均分子量１７０００、比重１．２６、ＳＰ値１１．７３、体積固有抵抗値
７．２×１０16Ω）なる非晶質飽和共重合ポリエステルであり、ポリエステルＣとは、
東洋紡績（株）製、試作品のウレタン変性ポリエステルである。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１の結果からわかるように、バインダー樹脂のＴｇは、５０℃より高くなるとシートは硬くもろくなり、−５０℃より低くなると、機械強度が不十分でシート形状が維持できず、いずれも放熱シートとしては適さない（比較例１、２）。
また、酸化マグネシウム粒子／バインダー樹脂質量比（ＰＶ比）が７５／２５より低いと熱伝導率が低くなり、９１／９より高くなると、機械強度が不十分でシート形状が維持できず、いずれも放熱シートとしては適さない（比較例３、４）。