(57)【要約】【課題】ポリテトラフルオロエチレンを含むフッ素樹脂と熱伝導性粒子とから構成される絶縁性熱伝導シートの製造方法であって、従来よりも製造プロセスの簡略化が可能でありながら熱伝導性粒子の均一な分散を達成でき、従来のシートと同様またはそれ以上の熱伝導特性を確保できる製造方法を提供する。【解決手段】水中でフッ素樹脂および熱伝導性粒子を攪拌して、フッ素樹脂と熱伝導性粒子とが分散混合した混合物を含む水系分散液（Ａ）を形成する工程（ｉ）と、形成した水系分散液（Ａ）を脱水して混合物を得る工程（ii）と、得られた混合物に非水の成形助剤を混合して、フッ素樹脂、熱伝導性粒子および成形助剤を含む成形用混合物を形成する工程（iii）と、成形用混合物をキャスティングしてシートに成形する工程（iv）と、成形して得たシートから成形助剤を除去する工程（ｖ）と、を含む製造方法とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリテトラフルオロエチレンを含むフッ素樹脂と、熱伝導性粒子と、から構成される絶縁性熱伝導シートの製造方法であって、
水中で前記フッ素樹脂および前記熱伝導性粒子を攪拌して、前記フッ素樹脂と前記熱伝導性粒子とが分散混合した混合物を含む水系分散液（Ａ）を形成する工程（ｉ）と、
前記形成した水系分散液（Ａ）を脱水して、前記混合物を得る工程（ii）と、
前記得られた混合物に非水の成形助剤を混合して、前記フッ素樹脂、前記熱伝導性粒子および前記成形助剤を含む成形用混合物を形成する工程（iii）と、
前記成形用混合物をキャスティングしてシートに成形する工程（iv）と、
前記成形して得たシートから前記成形助剤を除去する工程（ｖ）と、を含む、絶縁性熱伝導シートの製造方法。
【請求項２】
前記工程（ｉ）において、前記フッ素樹脂の水系分散液（Ｂ）と前記熱伝導性粒子とを混合して攪拌することで前記水系分散液（Ａ）を形成する、請求項１に記載の絶縁性熱伝導シートの製造方法。
【請求項３】
前記水系分散液（Ｂ）が、前記フッ素樹脂のディスパージョンまたは当該ディスパージョンの希釈物である、請求項２に記載の絶縁性熱伝導シートの製造方法。
【請求項４】
前記工程（ii）で形成した前記混合物の弾性率が５〜１２ＭＰａの範囲となるように、前記工程（ｉ）における前記フッ素樹脂および前記熱伝導性粒子の攪拌条件を制御する、請求項１〜３のいずれかに記載の絶縁性熱伝導シートの製造方法。
【請求項５】
前記工程（ｖ）の後に、
前記成形助剤を除去したシートを当該シートの厚さ方向に加圧する工程をさらに実施する、請求項１〜４のいずれかに記載の絶縁性熱伝導シートの製造方法。
【請求項６】
前記工程（ｖ）の後に、
前記成形助剤の除去により生じた前記シートの気孔に熱伝導性液体を導入する工程をさらに実施する、請求項１〜５のいずれかに記載の絶縁性熱伝導シートの製造方法。
【請求項７】
前記熱伝導性粒子が、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素および酸化マグネシウムから選ばれる少なくとも１種の粒子である、請求項１〜６のいずれかに記載の絶縁性熱伝導シートの製造方法。
【請求項８】
気孔率４６〜７０体積％の前記絶縁性熱伝導シートを製造する、請求項１〜７のいずれかに記載の絶縁性熱伝導シートの製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の方法により得た、絶縁性熱伝導シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁性熱伝導シートの製造方法および絶縁性熱伝導シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化および性能向上、ならびに電気自動車、ハイブリッド自動車、鉄道車両のような車両に使用するモーターの小型化および高出力化が求められている。このような高性能（高出力）の電子機器およびモーターでは発熱密度が増大するため、熱の蓄積が深刻な問題となる。過大な熱の蓄積は、発熱体である当該電子機器およびモーターだけではなく、周囲に配置された他の機器および部材（典型的には樹脂製の部材）にも不具合を引き起こす。このため、これらの発熱体から熱を除去する方法が検討されている。
【０００３】
熱を除去する方法として、熱伝導率の高い部材（放熱部材）を発熱体または発熱部に密着させて熱を分散させる方法、ファンなどにより空気を循環させて熱を逃がす方法（空冷法）、液体を循環させる機構および／または部位を設けて熱移動を促進させる方法（液冷法）などが知られており、用途に応じて方法が選択される。なかでも、放熱部材により熱を分散させる方法は、熱の除去部材としての単位体積あたりの熱効率が高く小型化を図ることができ、低コストでの構築が可能であるとともに、可動部を必要としないためにメンテナンス性および信頼性に優れる。
【０００４】
電子機器およびモーターへの使用を考慮すると、放熱部材は絶縁性であることが望まれる。絶縁性の放熱部材は、例えば、ＩＧＢＴのような発熱密度が高いパワー半導体のダイボンディング材料として使用できる。絶縁性放熱部材として、例えば、ＤＢＣ（Direct Bonded Copper）のようなセラミック基板、絶縁性金属基板、ハニカム構造のような多面積構造材、および樹脂マトリクス中に熱伝導性粒子を分散させたシート（絶縁性熱伝導シート）が存在する。なかでも絶縁性熱伝導シートは、耐久性に優れ、熱効率向上による高放熱化、小型化、低コスト化が可能である。シートのマトリクス（母材）を構成する樹脂としてエポキシ樹脂およびフッ素樹脂が知られている。フッ素樹脂をマトリクスとし、当該マトリクス中に熱伝導性粒子を分散させた絶縁性熱伝導シートとその製造方法が、特許文献１，２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2010-137562号公報
【特許文献２】特開2013-82767号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２に開示されている製造方法では、フッ素樹脂、熱伝導性粒子および成形助剤から実質的になるシート状成形体を複数準備した後、準備した当該複数のシート状成形体を１回または２回以上積層して圧延し、さらに必要に応じてプレスにより加圧成形して、絶縁性熱伝導シートを得ている。このように特許文献１，２の製造方法では、樹脂、熱伝導性粒子および成形助剤の混合、シート状成形体への押出成形、成形により得たシート状成形体の１または２回以上の積層および圧延、さらにはプレス加工という多くの手順が必要である。これは、成形助剤を使用する最初の混合プロセスにおいて、樹脂と熱伝導性粒子とを互いに均一に分散させるために大きな圧力が必要であることによる。
【０００７】
本発明の目的の一つは、フッ素樹脂と熱伝導性粒子とから構成される絶縁性熱伝導シートの製造方法であって、従来よりも製造プロセスの簡略化が可能でありながら熱伝導性粒子の均一な分散を達成でき、従来のシートと同様またはそれ以上の熱伝導特性を確保できる絶縁性熱伝導シートの製造方法の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の製造方法は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含むフッ素樹脂と、熱伝導性粒子とから構成される絶縁性熱伝導シートの製造方法であって、水中で前記フッ素樹脂および前記熱伝導性粒子を攪拌して、前記フッ素樹脂と前記熱伝導性粒子とが分散混合した混合物を含む水系分散液（Ａ）を形成する工程（ｉ）と、前記形成した水系分散液（Ａ）を脱水して、前記混合物を得る工程（ii）と、前記得られた混合物に非水の成形助剤を混合して、前記フッ素樹脂、前記熱伝導性粒子および前記成形助剤を含む成形用混合物を形成する工程（iii）と、前記成形用混合物をキャスティングしてシートに成形する工程（iv）と、前記成形して得たシートから前記成形助剤を除去する工程（ｖ）と、を含む。
【０００９】
本開示の絶縁性熱伝導シートは、上記本開示の製造方法により得た絶縁性熱伝導シートである。
【発明の効果】
【００１０】
上述のように特許文献１，２に開示の製造方法において、混合、押出成形、積層および圧延、さらにはプレス加工という多くの手順が必要となるのは、成形助剤を使用する最初の混合プロセスにおいて、樹脂と熱伝導性粒子とを互いに均一に分散させるために大きな圧力が必要であることによる。より具体的には、均一な分散に必要な大きな圧力によりこれらの混合物の弾性率が高くなり、その後の成形にそれ以上の大きな圧力を要するためである。このため、特許文献１，２に開示の製造方法では、薄く、相対的に成形が容易なシート状成形体を最初に形成し、これを積層および圧延し、さらにはプレス加工して、最終的に絶縁性熱伝導シートを得ている。
【００１１】
これに対して本開示の方法では、工程（ｉ）において、水中でフッ素樹脂および熱伝導性粒子を攪拌して、当該フッ素樹脂と熱伝導性粒子とが分散混合した混合物を含む水系分散液（Ａ）を形成している。この分散混合工程では、フッ素樹脂と熱伝導性粒子との均一な分散が達成されながら、特許文献１，２の混合プロセスよりも混合物に加わるシェアが大幅に緩和され、形成された当該混合物の弾性率が低下する。これにより、積層および圧延、さらにはプレス加工を必ずしも要することなく、当該混合物のキャスティングにより絶縁性熱伝導シートが得られる。すなわち、本発明によれば、従来よりも製造プロセスの簡略化が可能でありながら熱伝導性粒子の均一な分散を達成でき、これにより従来のシートと同様またはそれ以上の熱伝導特性（例えば有効熱伝導率）を確保できる絶縁性熱伝導シートの製造方法が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例において作製した絶縁性熱伝導シートの有効熱伝導率を評価するために用いた装置を模式的に示す図であり、（ａ）は当該装置の正面図、（ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［絶縁性熱伝導シートの製造方法］
本開示の製造方法における各工程を説明する。
【００１４】
工程（ｉ）では、水中でフッ素樹脂および熱伝導性粒子を攪拌して、当該フッ素樹脂と熱伝導性粒子とが分散混合した混合物を含む水系分散液（Ａ）を形成する。
【００１５】
フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含む。ＰＴＦＥは、工程（ｉ）で実施する攪拌によって繊維化しやすく、絶縁性熱伝導シートにおいて強固なネットワークを形成する。すなわち、ＰＴＦＥによって強固な樹脂マトリクスが形成され、絶縁性熱伝導シートにおける熱伝導性粒子の含有率を高めることができ、当該シートの熱伝導特性、例えば有効熱伝導率を向上できる。
【００１６】
工程（ｉ）で攪拌するフッ素樹脂には、ＰＴＦＥ以外の他のフッ素樹脂が含まれていてもよい。当該他のフッ素樹脂は、好ましくは溶融性フッ素樹脂である。溶融性フッ素樹脂もまた、絶縁性熱伝導シートにおける強固なマトリクスの形成に寄与する。また、溶融性フッ素樹脂の存在によっても、絶縁性熱伝導シートの熱伝導特性が向上する。溶融性フッ素樹脂は限定されず、例えば、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）およびエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）である。工程（ｉ）で攪拌するフッ素樹脂には、２種以上の溶融性フッ素樹脂が含まれていてもよい。
【００１７】
工程（ｉ）で攪拌するフッ素樹脂におけるＰＴＦＥの割合は特に限定されず、例えば３０質量％以上であり、好ましくは５０質量％以上である。フッ素樹脂が溶融性フッ素樹脂を含む場合、当該ＰＴＦＥの割合の上限は、好ましくは９５質量％以下であり、より好ましくは９０質量％以下である。工程（ｉ）で攪拌するフッ素樹脂は、ＰＴＦＥのみであってもよい。
【００１８】
熱伝導性粒子は限定されず、絶縁性熱伝導シートとしての熱伝導特性および当該シートにおける熱伝導性粒子の含有率を考慮しながら、望む熱伝導特性を有する絶縁性の粒子を選択すればよい。ただし、絶縁性熱伝導シートを形成したときにフッ素樹脂のマトリクスに保持可能な粒子である必要がある。フッ素樹脂のマトリクスからの脱落を抑制するには、絶縁性粒子の粒径は０．２〜５００μｍが好ましい。粒子の粒径は、例えば、レーザー回折散乱法（マイクロトラック法）による粒子径分布測定装置（例えば、日機装製、マイクロトラックシリーズ）により評価できる。
【００１９】
熱伝導性粒子の熱伝導特性は、当該粒子自体の熱伝導率（当該粒子を構成する材料の熱伝導率）にして、例えば、１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、好ましくは１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。熱伝導率の上限は限定されず、例えば２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。
【００２０】
熱伝導性粒子の形状は限定されず、例えば、球状、楕円体状、非球状、平板状、鱗片状、および不定形状である。本開示の製造方法では、絶縁性熱伝導シートにおける熱伝導性粒子の均等な分散を実現可能であるが、この均等な分散を利用して等方的な熱伝導特性を有する絶縁性熱伝導シートを得るためには、熱伝導性粒子自体の熱伝導特性が等方的であることが好ましい。すなわち、この場合、当該粒子の形状として球状が有利である。一方、本開示の製造方法では、熱伝導特性に異方性を有する絶縁性熱伝導シート、例えば、シートの面内方向と厚さ方向との間で熱伝導特性が異なる絶縁性熱伝導シートを得ることもできる。熱伝導特性に異方性を有する絶縁性熱伝導シートを得るためには、熱伝導性粒子自体が熱伝導特性に異方性を有することが好ましく、この場合、当該粒子の形状として平板状および鱗片状が有利である。厚さ方向に熱伝導特性を向上させた絶縁性熱伝導シートを得るために、凝集状態にある熱伝導性粒子を使用してもよい。凝集状態にある粒子は市販されてもいる。
【００２１】
熱伝導性粒子は絶縁性を有しており、例えば、絶縁性材料から構成される。当該粒子の（当該絶縁性材料の）体積抵抗率は、例えば１０10〜１０17Ω・ｃｍであり、好ましくはその下限が１０14Ω・ｃｍ以上である。熱伝導性粒子は、無機粒子でありうる。より具体的に熱伝導性粒子は、例えば、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素および酸化マグネシウムから選ばれる少なくとも１種の粒子である。これらの材料から構成される熱伝導性粒子を含む絶縁性熱伝導シートは、電子機器の内部だけではなく、車両用モーターおよび発電機のような高電圧が印加されるデバイスにも安定して使用可能である。また、窒化ホウ素粒子は、特に高い熱伝導特性を有するが、フッ素樹脂のマトリクスに安定して保持させることが難しい。一方、本開示の製造方法では熱伝導性粒子の均一な分散を達成でき、それは窒化ホウ素粒子についても同様である。すなわち、本開示の製造方法は、熱伝導性粒子として窒化ホウ素粒子を含む場合に特に有利となる。
【００２２】
工程（ｉ）では、２種以上の熱伝導性粒子を攪拌してもよい。
【００２３】
工程（ｉ）において攪拌および混合するフッ素樹脂および熱伝導性粒子の比率は限定されず、例えば、フッ素樹脂の比率（すなわち、工程（ii）で得られた混合物および工程（ｖ）で得られた絶縁性熱伝導シートにおけるフッ素樹脂の含有率）は、使用する熱伝導性粒子の量に応じて調整できる。工程（ｉ）において攪拌および混合するフッ素樹脂の量は、絶縁性熱伝導シートの５〜５０質量％程度が当該フッ素樹脂となるように選択することが好ましい。工程（ｉ）において攪拌および混合する熱伝導性粒子の量は、絶縁性熱伝導シートにおける熱伝導性粒子の含有率が４０〜９０体積％程度となるように選択することが好ましく、この含有率の下限は好ましくは６０体積％以上であり、上限は好ましくは８５体積％以下である。
【００２４】
工程（ｉ）におけるフッ素樹脂と熱伝導性粒子との攪拌は、水を媒体として水中で実施する。攪拌の方法は、フッ素樹脂と熱伝導性粒子とが分散混合した混合物を含む水系分散液（Ａ）が形成される限り限定されない。例えば、水、フッ素樹脂および熱伝導性粒子が存在する状態でこれらを攪拌および混合すればよい。これには公知の攪拌機を使用できる。また、このとき、フッ素樹脂の繊維化を促進するべく、攪拌の力を大きく（例えば、攪拌機を使用する場合、攪拌機の回転数を大きく）、攪拌混合の時間を長くとることが好ましい。本開示の製造方法では、このような水中での攪拌および混合により形成した混合物を脱水して非水の成形助剤を加えた後、キャスティングという、混合物に加わる圧力が低い方法で当該混合物をシート状に成形することにより、製造プロセスの簡略化が可能でありながら熱伝導性粒子の均一な分散を達成できる。
【００２５】
工程（ｉ）の攪拌における、媒体である水の量は、フッ素樹脂および熱伝導性粒子の合計１００質量部に対して１００〜５００００質量部が好ましく、１０００〜１００００質量部がより好ましい。
【００２６】
工程（ｉ）で形成された混合物は、繊維化したフッ素樹脂の内部に熱伝導性粒子が分散した状態にある。このような混合物が得られるまで、工程（ｉ）ではフッ素樹脂と熱伝導性粒子との水中での攪拌を実施する。
【００２７】
工程（ii）で得られる混合物の弾性率（圧縮弾性率）が５〜１２ＭＰａの範囲となるように、工程（ｉ）におけるフッ素樹脂および熱伝導性粒子の攪拌条件を制御することが好ましい。工程（ii）で得られる混合物の弾性率がこの範囲となるような攪拌を工程（ｉ）で実施することにより、絶縁性熱伝導シートにおける熱伝導性粒子のより均一な分散を達成できる。
【００２８】
工程（ｉ）で攪拌するフッ素樹脂として、フッ素樹脂の粒子を使用してもよい。これにより、工程（ii）で得られる混合物における熱伝導性粒子のより均一な分散を達成できる。
【００２９】
工程（ｉ）で攪拌するフッ素樹脂として粒子を使用する場合、工程（ｉ）において、当該フッ素樹脂の水系分散液（Ｂ）と熱伝導性粒子とを混合して攪拌することで水系分散液（Ａ）を形成してもよい。水系分散液（Ｂ）は、例えば、フッ素樹脂のディスパージョンまたは当該ディスパージョンの希釈液でありうる。本開示の製造方法は、フッ素樹脂のディスパージョンまたはその希釈液を出発物質として利用しうる。この方法、特にフッ素樹脂のディスパージョンまたはその希釈液を用いる方法は簡便でありながら、工程（ii）で得られる混合物における熱伝導性粒子の分散の均一性がさらに高くなる。
【００３０】
工程（ｉ）では、フッ素樹脂、熱伝導性粒子および水以外の他の材料の存在下で、フッ素樹脂と熱伝導性粒子とを攪拌してもよい。すなわち、工程（ｉ）で得られた水系分散液（Ａ）には当該他の材料が含まれていてもよい。当該材料は、例えば、界面活性剤である。
【００３１】
工程（ii）では、工程（ｉ）で分散媒体として用いた水を取り除く。より具体的に、工程（ii）では、工程（ｉ）で形成した水系分散液（Ａ）を脱水して、工程（ｉ）で形成したフッ素樹脂と熱伝導性粒子との混合物を得る。脱水の方法は特に限定されず、例えば、水系分散液（Ａ）を濾過、好ましくは吸引濾過した後、濾過物を乾燥させる。乾燥の際に熱を加えてもよい。
【００３２】
工程（iii）では、工程（ii）で得られた混合物に非水の成形助剤を加えて、フッ素樹脂熱伝導性粒子および成形助剤を含む成形用混合物を形成する。成形助剤は、非水の化合物であれば限定されず、例えば、炭素数８〜２０程度の常温で液体である有機化合物、好ましくはデカン、ドデカンなどの飽和炭化水素である。成形助剤の添加量は、例えば、工程（ii）で得られた混合物の質量に対して２０〜７０質量％である。
【００３３】
工程（iv）では、工程（iii）において形成した成形用混合物をキャスティングしてシートに成形する。このとき成形用混合物には、従来の製造方法においてフッ素樹脂の粉末と成形助剤との混合物に加えられるような大きな圧力は印加されない。
【００３４】
キャスティングは、例えば、基板上に成形用混合物を配置した後、その厚さをならすことで実施できる。厚さは、例えば、スペーサーにより制御できる。基板は、例えば、ガラス、金属、樹脂製の基板である。
【００３５】
成形用混合物のキャスティングの厚さは、得たい絶縁性熱伝導シートの厚さに応じて設定すればよい。キャスティングの厚さは、例えば５０μｍ以上であり、好ましくは１００μｍ以上である。当該厚さの上限は、例えば、３０００μｍ以下であり、好ましくは１０００μｍ以下である。
【００３６】
工程（ｖ）では、工程（iv）のキャスティング成形により得た上記シートから成形助剤を除去する。成形助剤を除去する方法は特に限定されず、例えば、シートを加熱すればよい。
【００３７】
本開示の製造方法では、このようにして絶縁性熱伝導シートを形成する。工程（ｖ）を実施した直後のシートには、通常、除去された成形助剤が存在していた部分に対応する気孔が存在している。
【００３８】
本開示の製造方法では、工程（ｖ）の後に、成形助剤を除去したシートを当該シートの厚さ方向に加圧する工程をさらに実施してもよい。これにより、例えば、絶縁性熱伝導シートの気孔率を調整できる。一例として、この加圧工程により、シートの気孔率を４０体積％以下にまで下げることができる。また例えば、加圧工程により熱伝導性粒子同士の間隔を狭めることができ、絶縁性熱伝導シートの熱伝導特性をさらに向上させることができる。
【００３９】
加圧工程では、シートの加熱を併用してもよい。加圧工程は、例えば、温度３２０〜４００℃、圧力０．０５〜５０ＭＰａ、加圧時間１〜１５分の条件で実施できる。加圧工程には、公知のプレス加工機を利用できる。
【００４０】
本開示の製造方法では、工程（ｖ）の後に、成形助剤の除去により生じたシートの気孔に熱伝導性液体を導入する工程をさらに実施してもよい。この工程は、例えば、成形助剤を除去したシートを熱伝導性液体に浸漬することにより実施できる。このとき、減圧下での浸漬とすることによって、気孔中の空気を熱伝導性液体に置換し、気孔内に当該液体を導入することがより容易となる。
【００４１】
本開示の製造方法は、必要に応じて、上述した以外の任意の工程を含むことができる。当該工程は、例えば、得られた絶縁性熱伝導シートを支持体（支持層）と積層する工程である。
【００４２】
［絶縁性熱伝導シート］
本開示の絶縁性熱伝導シートは、本開示の製造方法により得たシートである。このシートは、ＰＴＦＥを含むフッ素樹脂のマトリクス（母材）中に、熱伝導性粒子が分散した構造を有する。
【００４３】
このシートは、シート状成形体への予備成形、予備成形により得たシート状成形体の積層および圧延を経ることなく形成されているため、これらの工程を経て形成された従来の絶縁性熱伝導シートとは異なるシート構造を有することが可能であり、例えば、その気孔率を従来のシートよりも大きくすることができる。本開示の絶縁性熱伝導シートの気孔率を、例えば４６〜７０体積％とすることが可能であり、その下限は、５０体積％以上、さらには６０体積％以上とすることもできる。絶縁性熱伝導シートの気孔には、任意の物質、例えば接着・粘着性物質、熱伝導性物質、絶縁性物質を導入することができるため、気孔率が高い本開示の絶縁性熱伝導シートは、これらの特性の制御の自由度が高い。一例として、従来よりも接着性に優れる絶縁性熱伝導シートとすることができる。
【００４４】
本開示の絶縁性熱伝導シートにおける熱伝導性粒子の含有率は、例えば４０体積％以上であり、好ましくは６０体積％以上である。熱伝導性粒子の含有率が高くなるほど、シートの熱伝導特性は高くなる。一方、当該含有率が過度に大きくなると、シートの製造コストが上昇するとともに、シートの加工性が低下する、接着特性を付与しづらくなるなどの影響を受ける可能性がある。これを考慮すると、当該含有率の上限は９０体積％以下が好ましく、８５体積％以下がより好ましい。絶縁性熱伝導シートにおける熱伝導性粒子の含有率は、当該シートの断面像の解析、当該シートの製造時に使用した各材料の量（仕込み量）、ならびに当該シートの密度および気孔率などを基に算出できる。
【００４５】
本開示の絶縁性熱伝導シートの厚さは特に限定されず、例えば５０μｍ以上５ｍｍ以下である。当該シートの取扱性の観点からは、厚さは５０μｍ以上が好ましく、１００μｍ以上がより好ましい。当該シートの熱伝導特性の観点からは、厚さは３０００μｍ以下が好ましく、１０００μｍ以下がより好ましい。
【００４６】
本開示の絶縁性熱伝導シートは、所望の絶縁性および熱伝導性が確保される限り、熱伝導性粒子が分散したフッ素樹脂のマトリクス以外の任意の部材を有していてもよい。
【００４７】
本開示の絶縁性熱伝導シートの用途は特に限定されず、例えば、発熱体または発熱部から熱を除去する放熱部材として使用することができる。放熱部材の適用先は特に限定されないが、本開示の絶縁性熱伝導シートがフッ素樹脂をマトリクスとする構造を有していることから、フッ素樹脂の各種の特性、例えば、低い誘電率、ならびに高い耐熱性、耐油性、耐水性、耐酸性、耐塩基性および耐化学反応性などに基づき、高温下、またはオイルなどの油性成分、水、酸もしくは塩基による腐食劣化の生じやすい環境下における放熱部材としての使用、あるいは長期的な安定性が要求される用途での放熱部材としての使用に、本開示の絶縁性熱伝導シートは特に有利である。
【００４８】
放熱部材としての具体的な適用先は、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、鉄道車両などの車両に使用するモーターである。モーターの放熱部材には、長期的に安定して使用できることはもちろん、高温およびオイルなどの油脂類による腐食劣化への耐性（耐油性）が特に要求される。適用先の別の例は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のようなパワー半導体である。電子機器には数々の半導体素子が使用されるが、なかでもパワー半導体は、大電流が流れるために発熱量が大きい。また、素子面積が技術の進化とともに減少する傾向にあるため、年々、発熱密度がさらに増大する傾向にある。さらに、パワー半導体の回路基板への接合材料として従来ハンダが使用されていたが、近年、信頼性が高くかつ低コストである低温シンタリング材料の開発が進んでいる。このため、パワー半導体にダイボンディングされる放熱部材についても、このような低温シンタリング材料を用いた回路基板の製造工程への親和性が求められる状況にある。本開示の絶縁性熱伝導シートは、これらの要求に対応可能である。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。本発明は、以下に示す実施例に限定されない。
【００５０】
最初に、本実施例において作製した混合物および絶縁性熱伝導シートの評価方法を示す。
【００５１】
［弾性率］
実施例について工程（ii）で得た混合物、および比較例についてフッ素樹脂粉末、熱伝導性粒子および成形助剤の混練により形成した混合物の弾性率（圧縮弾性率）は、熱機械分析装置（Seiko Instruments Inc.製、ＴＭＡ／ＳＳ６０００）を用いて測定した。
【００５２】
［厚さ］
作製した絶縁性熱伝導シートの厚さは、ダイヤルシックネスゲージ（尾崎製作所製、Ｍｏｄｅｌ  Ｈ０．０１−１０ｍｍ）を用いて測定した。
【００５３】
［気孔率］
作製した絶縁性熱伝導シートの気孔率は、以下のようにして求めた。最初に、作製した絶縁性熱伝導シートの重量および体積を測定し、その測定結果から実密度を求めた。熱伝導シートの体積は、当該シートのサイズを測定して求めた。これとは別に、用いた材料およびその配合量に基づき、気孔がシートに全く形成されなかったと仮定したときの密度（仮定密度）を算出した。そして、以下の式により、熱伝導シートの気孔率を求めた。
気孔率（％）＝（１−実密度／仮定密度）×１００
【００５４】
［有効熱伝導率］
作製した絶縁性熱伝導シートの有効熱伝導率は、図１に示す熱特性評価装置１０を用いて測定した。図１（ａ）は装置１０の正面を、図１（ｂ）は装置１０の側面をそれぞれ示す。装置１０は、その上部に発熱体１１、より具体的にはヒーターブロック、を有するとともに、下部に放熱体１２、より具体的には冷却水が内部を循環する冷却ベース板、を有する。発熱体１１の下面および放熱体１２の上面には、それぞれ円柱状のロッド１３ａ，１３ｂ（直径２２．５ｍｍ、真鍮（Ａ５０５２）製、熱伝導率１０８Ｗ／（ｍ・Ｋ））が接合されている。発熱体１１および放熱体１２には一対の支柱１６が貫通しており、発熱体１１および放熱体１２は支柱１６に沿って互いに接近または離間する方向に移動できる。ロッド１３ａ，１３ｂは、発熱体１１および放熱体１２を互いに接近させていったときに、その円形の下面と上面とがほぼ一致して重なるように、それぞれ発熱体１１および放熱体１２に接合されている。発熱体１１および上下のロッド１３ａ，１３ｂの背面には、温度計１５の温度センサー１４が埋め込まれている。温度センサー１４は、発熱体１１について１箇所、各ロッド１３ａ，１３ｂについて上下方向に等間隔に３箇所、それぞれ配置されている。
【００５５】
装置１０を用いた有効熱伝導率の測定は、以下のように実施した。最初に、装置１０のロッド１３ａ，１３ｂにより、評価サンプル２０を挟んだ。評価サンプル２０は、評価対象である実施例および比較例の絶縁性熱伝導シートを２５ｍｍ×２５ｍｍの正方形に切り出し、それをロッド１３ｂの上面に配置した後、当該上面の外側にはみ出している四隅を切除して得たサンプルである。すなわち、評価サンプル２０は八角形の形状を有していた。次に、装置１０を引張試験器（テンシロン、図示せず）に組み込み、当該試験機により、発熱体１１および放熱体１２に対して互いに接近する力を、すなわち、評価サンプル２０に対してその厚さ方向に圧縮する圧力を加えた。この圧力の大きさは、４００Ｎ／ｃｍ2とした。
【００５６】
次に、評価サンプル２０に圧力を加えたまま、発熱体１１の温度を１２０℃に設定するとともに、放熱体１２に１５℃の冷却水を循環させた。そして温度センサー１４による、発熱体１１およびロッド１３ａ，１３ｂにおける各位置の温度の測定を、各温度が安定するまで続けた。温度が安定状態に達した後、ロッド１３ａ，１３ｂにおける各位置の温度から当該ロッド１３ａ，１３ｂにおける温度勾配ｇｒａｄＴを求め、求めた温度勾配ｇｒａｄＴとロッド１３ａ，１３ｂの熱伝導率λ（＝１０８Ｗ／（ｍ・Ｋ））とから、評価サンプル２０を通過する熱流束Ｑを算出するとともに、各ロッド１３ａ，１３ｂと評価サンプル２０との界面の温度を算出した。次に、評価サンプル２０を装置１０から取り出し、その厚さＬを測定した。そして、これら求めた値から、上記圧力における評価サンプル２０の熱抵抗Ｒ（Ｋ／Ｗ）を熱伝導率方程式（フーリエの法則）に基づく以下の式を用いて算出し、さらに求めた熱抵抗Ｒの値から評価サンプル２０の有効熱伝導率λ’（Ｗ／（ｍ・Ｋ））を算出した。有効熱伝導率λ’は、界面を含む評価サンプルの熱伝導率である。
【００５７】
Ｑ＝−λｇｒａｄＴ
Ｒ＝１／λ（Ｌ／Ａ）
λ´＝Ｌ／Ｒ・Ａ
ここで、Ｑは単位面積あたりの熱流速、ｇｒａｄＴは温度勾配、Ｌは評価サンプル２０の厚さ、Ａはロッド１３ａの下面（１３ｂの上面）の面積、λは熱伝導率、Ｒは熱抵抗、λ´は有効熱伝導率である。
【００５８】
（実施例１）
熱伝導性粒子である窒化ホウ素粉末（水島合金鉄製、ＨＰ−４０、平均粒径４０μｍ）と、ＰＴＦＥディスパージョン（ダイキン工業製、ＡＤ９３８Ｅ、ＰＴＦＥの含有率６０質量％）とを、質量比にして９５：５（ただし、ディスパージョンについてはＰＴＦＥ換算）で混合した後、この混合物１００質量部に対してイオン交換水５００質量部をさらに加え、室温で１５分攪拌した（工程（ｉ））。次に、攪拌により形成された分散液を吸引濾過して、窒化ホウ素粉末とＰＴＦＥとの混合物を得た。次に、得られた混合物を１５０℃で１２時間乾燥してさらに水分を除去した（工程（ii））。次に、水分除去後の混合物１００質量部に成形助剤（エクソンモービル製、アイソパーＭ）１００質量部を加え、全体を軽く混ぜて成形用混合物を得た（工程（iii））。次に、得られた成形用混合物を、ガラス基板の表面にキャスティングして２４時間静置することによりシートに成形した（工程（iv））。次に、キャスティングにより得たシートを１５０℃で６０分加熱して成形助剤を除去した後（工程（ｖ））、耐熱シリコーンオイル（モメンティブ製、ＰＤＭＳ−１００Ｊ）に圧力−０．０９ＭＰａ（相対圧）の減圧下で浸漬することにより、成形助剤の除去により生じた気孔中の空気を当該オイルと置換して、厚さ３３０μｍの絶縁性熱伝導シートを得た。
【００５９】
（実施例２，３）
以下の表１に示す攪拌時間および絶縁性熱伝導シートの厚さとした以外は実施例１と同様にして、絶縁性熱伝導シートを得た。なお、絶縁性熱伝導シートの厚さは、基板上にキャスティングする成形用混合物の量（厚さ）により制御できる。
【００６０】
（実施例４）
以下の表１に示す攪拌時間および絶縁性熱伝導シートの厚さとするとともに、成形助剤を除去した後、耐熱シリコーンオイルに浸漬する前の段階で、シートをその厚さ方向に圧力７ＭＰａ、温度３８０℃で１分間プレスした以外は、実施例１と同様にして、絶縁性熱伝導シートを得た。
【００６１】
（比較例１）
実施例１で使用した窒化ホウ素粉末と、ＰＴＦＥ粉末（ダイキン工業製、Ｆ１０４Ｕ）とを、質量比にして８５：１５で混合した後、この混合物１００質量部に対して成形助剤（エクソンモービル製、アイソパーＭ）４０質量部をさらに加え、アキシャルミキサーを用いて室温で２分間混練し、ペースト状の混合物を得た。
【００６２】
次に、得られた混合物を平板ダイを用いてシート状に押出成形し、さらに圧延ロールにより圧延して厚さ１ｍｍのシート状成形体を形成した。次に、形成したシート状成形体を１６枚積層した後、先程の圧延とは圧延方向を９０°変更して積層体に対して再度の圧延を実施し、厚さ２８０μｍの圧延積層シートを得た。次に、得られたシートを１５０℃で６０分間加熱して成形助剤を除去した後、その厚さ方向に圧力７ＭＰａ、温度３８０℃で１分間プレスして、厚さ２１０μｍのシートとした。次に、得られたシートを耐熱シリコーンオイル（モメンティブ製、ＰＤＭＳ−１００Ｊ）に圧力−０．０９ＭＰａ（相対圧）の減圧下で浸漬することにより、成形助剤の除去により生じた気孔中の空気を当該オイルと置換して、厚さ２１０μｍの絶縁性熱伝導シートを得た。
【００６３】
（比較例２）
アキシャルミキサーの代わりに自転・公転ミキサー（シンキー製、あわとり練太郎）を混練に用いた以外は比較例１と同様にして、厚さ２１０μｍの絶縁性熱伝導シートを得た。
【００６４】
（比較例３）
実施例１で作製した成形用混合物を押出成形することなく圧延ロールにより圧延して、厚さ１ｍｍのシート状成形体を形成した。次に、形成したシート状成形体を１６枚積層した後、先程の圧延とは圧延方向を９０°変更して積層体に対して再度の圧延を実施し、厚さ２８０μｍの圧延積層シートを得た。次に、得られたシートを１５０℃で６０分間加熱して成形助剤を除去した後、その厚さ方向に圧力７ＭＰａ、温度３８０℃で１分間プレスして、厚さ２１０μｍのシートとした。次に、得られたシートを耐熱シリコーンオイル（モメンティブ製、ＰＤＭＳ−１００Ｊ）に圧力−０．０９ＭＰａ（相対圧）の減圧下で浸漬することにより、成形助剤の除去により生じた気孔中の空気を当該オイルと置換して、厚さ１９５μｍの絶縁性熱伝導シートを得た。
【００６５】
実施例および比較例で作製した絶縁性熱伝導シートの評価結果を以下の表１に示す。
【００６６】
【表１】
2015225891.tif 000002
【００６７】
表１に示すように、ＰＴＦＥ粉末と熱伝導性粒子とを成形助剤を含む状態で混練し、混練物を押出成形してシート状成形体とし、得られたシート状成形体を積層および圧延し、さらにプレスを実施するという従来の製造方法に対応する比較例１，２に比べて、実施例１〜４では、製造プロセスを簡略化しながら、より大きな有効熱伝導率を有する絶縁性熱伝導シートを作製できた。なお、有効熱伝導率が大きいことは、熱伝導性粒子の分散性が高いことを意味している。また、工程（ｉ）を実施しながら積層および圧延により絶縁性熱伝導シートを得た比較例３に比べても、実施例１〜４の有効熱伝導率は大きくなった。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の製造方法により得た絶縁性熱伝導シートは、従来の絶縁性熱伝導シートと同様の用途に使用できる。当該用途は、例えば、モーターあるいは電子機器などの発熱体（発熱部）で生じた熱を逃がす放熱部材である。本発明の製造方法により得た絶縁性熱伝導シートは、フッ素樹脂をマトリクスとしているため、長期的な安定性に優れるとともに高温およびオイルなどの油分に対して耐性を有しており、車両用モーターおよび電子機器の放熱部材としての用途に好適である。
【符号の説明】
【００６９】
１０  熱特性評価装置
１１  発熱体
１２  放熱体
１３ａ，１３ｂ  ロッド
１４  温度センサー
１５  温度計
１６  支柱
２０  評価サンプル
【図１】
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