(57)【要約】【課題】本発明は、発熱部などの形状への追従性および厚さ方向への熱伝導性の両方に優れた放熱材料を提供することを目的とする。【解決手段】積層した繊維基材に樹脂を含浸させてなる熱伝導性積層体において、繊維基材が第１の繊維と第２の繊維を含み、第１の繊維の熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上であり、かつ第２の繊維の弾性率が第１の繊維の５０％以下となるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層した繊維基材に樹脂を含浸させてなる熱伝導性積層体であって、前記繊維基材が第１の繊維と第２の繊維を含み、第１の繊維の熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上であり、かつ第２の繊維の弾性率が第１の繊維の５０％以下である、前記積層体。
【請求項２】
第１の繊維がアルミナ繊維、窒化ホウ素繊維およびポリベンゾビスオキサゾール繊維から選択される、請求項１に記載の積層体。
【請求項３】
第２の繊維がガラス繊維またはポリエステル繊維から選択される、請求項１または２に記載の積層体。
【請求項４】
繊維基材が織布であり、該織布が１枚ごとに織目を基準として面方向に１５〜４５°回転させて積層されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品などの発熱部位に用いるための熱伝導性積層体に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品は、発熱した部位やその周辺部位を保護するため、熱伝導率を高めた放熱材料により封止されていたり、またはそのような放熱材料に接触させて冷却媒体へ伝熱させていたりする。電子部品まわりの放熱設計の自由度を高めるために、そのような放熱材料は高い柔軟性を有することが望ましい。また、放熱材料は高熱伝導性のフィラーを多量に充填することで熱伝導性を高められることが知られている。
【０００３】
従来の放熱材料としては、ガラス基材にエポキシ樹脂などを含浸させたものが知られており、用途に応じて基材を炭素繊維に変更したものや、含浸させる樹脂にフィラーを予め混合したものを用いたものが製造されている。例えば、特許文献１には、炭素繊維シートを積層させた積層材にマトリックス樹脂を含浸硬化させて得た成形材を切断することにより熱伝導性シートを製造する方法が記載されている。特許文献２には、開口率が２０〜５０％のガラス織布または不織布に無機フィラーを分散させた半硬化樹脂体を含浸させることにより得られた、厚み方向に高熱伝導化した伝熱プリプレグが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−０４６１３７号
【特許文献２】特開２００９−０１９１５０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
基材に含浸させる樹脂におけるフィラーの充填量を上げた場合、樹脂の流動性が低下し、製品形状への充填性が低くなってしまう問題がある。また、ガラス基材に樹脂を含浸させて得られた伝熱体は、基材の面方向への熱伝達は良いが、厚さ方向への熱伝達が悪いという問題がある。厚さ方向への熱伝導性の確保のためには、熱伝導フィラーを高充填化した上で、積層体の厚さ方向へのフィラーの安定した配向を構築することが必要となる。さらに、例えば特許文献１のような構成とした場合には、炭素繊維シートに起因して得られたシートの弾性率が高くなり、仮に発熱部が凹凸を有する複雑な形状である場合には、熱伝導シートを発熱部の形状に追従させることができず、十分な伝熱効果を得ることができない恐れがある。発熱部などの形状への追従性および厚さ方向への熱伝導性の両方に優れた放熱材料が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上述したような問題を検討した結果、繊維基材を積層させたものに樹脂を含浸させてなる熱伝導性積層体において、繊維基材の構成を工夫することにより、屈曲性および厚さ方向への熱伝導性を従来のものよりも高めることができることを見出した。本発明の要旨は以下のとおりである。
【０００７】
（１）積層した繊維基材に樹脂を含浸させてなる熱伝導性積層体であって、前記繊維基材が第１の繊維と第２の繊維を含み、第１の繊維の熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上であり、かつ第２の繊維の弾性率が第１の繊維の５０％以下である、前記積層体。
（２）第１の繊維がアルミナ繊維、窒化ホウ素繊維およびポリベンゾビスオキサゾール繊維から選択される、（１）に記載の積層体。
（３）第２の繊維がガラス繊維またはポリエステル繊維から選択される、（１）または（２）に記載の積層体。
（４）繊維基材が織布であり、該織布が１枚ごとに織目を基準として面方向に１５〜４５°回転させて積層されている、（１）〜（３）のいずれかに記載の積層体。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の熱伝導性積層体は、従来の放熱材料よりも低弾性であり、発熱部の形状に容易に追従させることができるため、発熱体に密着でき安定した放熱性が実現できる。また、繊維基材に用いた熱伝導率が高い繊維が積層構造中で互いに接触していることにより、厚さ方向への熱伝導性にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例の積層体Ａの製造方法を説明する概略図である。
【図２】実施例の積層体Ｂの製造における繊維基材の積層方法を説明する概略図である。
【図３】実施例の積層体Ｃで用いた不織布のイメージ図である。
【図４】実施例の積層体Ｄの構造（繊維基材の隙間にフィラーが混入している）を模式的に示す図である。
【図５】実施例の積層体Ｅの構造（不織布である繊維基材の隙間にフィラーが混入している）を模式的に示す図である。
【図６】積層体Ａ〜Ｅの製品形状への追従性指数をまとめたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の熱伝導性積層体は、積層した繊維基材に樹脂を含浸させて得られるものであり、繊維基材が第１の繊維と第２の繊維を含んでおり、第１の繊維の熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上であり、かつ第２の繊維の弾性率が第１の繊維の５０％以下であることを特徴とする。なお、繊維基材には、第１の繊維および第２の繊維以外にも他の繊維が含まれていてもよい。
【００１１】
繊維基材に用いる第１の繊維は、３０Ｗ／ｍＫ以上、より好ましくは３５Ｗ／ｍＫ以上の高い熱伝導率を有する。なお、本明細書における熱伝導率とは、ホットディスク法により測定したものを意味する。ホットディスク法は、非定常面加熱法の理論に基づく測定方法である。具体的には、試料にニッケルパターンを有するセンサを挟み込み、一定電流を通電することによって発熱させ、温度上昇から熱伝導率、熱拡散率および比熱を算出する方法である。サンプル寸法はΦ５ｍｍ、厚さ７ｍｍの円盤状の成形品を成形し、室温環境（２３℃、５０％ＲＨ）にて測定を行った。第１の繊維として用いることができる材料としては、アルミナ繊維、窒化ホウ素繊維およびポリベンゾビスオキサゾール（ポリ（パラフェニレンベンゾビスオキサゾール））繊維が挙げられる。そのような高い熱伝導率を有する材料を繊維基材として用いることにより、繊維基材を積層した際にそれらが互いに接触し、得られた積層体において厚み方向の熱伝導性を向上させる役割を果たす。
【００１２】
一方、繊維基材に用いる第２の繊維は、第１の繊維と比較して５０％以下、好ましくは４５％以下、より好ましくは４０％以下の弾性率を有する。また、第２の繊維の熱伝導率は、第１の繊維の１０％以下、さらには５％以下であってもよい。そのような第２の繊維として用いることができる材料としては、ガラス繊維およびポリエステル繊維（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアクリル酸（ＰＡ）など）が挙げられる。そのような第２の繊維を用いることにより、得られる積層体の弾性を抑えることができる。また、そのような第２の繊維の材料は安価であるため、積層体のトータルコストを抑える効果も望める。
【００１３】
上述のように、繊維基材に上述したような繊維材料を用いることで、得られる積層体の熱性能を維持しつつ、従来のフィラー高充填積層体では損なわれがちであった積層体の柔軟性も同時に実現することが可能となる。
【００１４】
第１の繊維と第２の繊維を含む繊維基材は、織布であっても不織布であってもよい。織布である場合には、平織でもよく、あるいは綾織りなどその他の織組織を有していてもよい。繊維基材における第１の繊維と第２の繊維の質量比は３０：７０  〜７０：３０の範囲であることが好ましい。
【００１５】
繊維基材が織布である場合、繊維基材の積層は、織目が同じ方向を向くような単純重ねで行ってもよいが、１枚ごとに織目を基準として面方向に１５〜４５°、特に２５〜４５°、とりわけ３５〜４５°回転させて積層することがより好ましい。そのようにすることで、積層した繊維基材における第１の繊維基材同士がより接触しやすくなり、積層体の厚さ方向の熱伝導性がより向上する。
【００１６】
繊維基材が不織布である場合は、織布よりも等方性の構造をとることができるため、厚さ方向への放熱経路が形成されやすいという特徴がある。また、不織布を用いることで、基材の製造工程でさらに低コスト化が可能となる。このように、本発明の積層体においては、繊維基材は織布であっても不織布であっても、厚さ方向への確実な放熱経路を形成することができる。
【００１７】
本発明の積層体に用いる樹脂（封止材）は、本発明のような積層体に汎用されるシリコーン樹脂やウレタン樹脂を用いることができるが、積層体としての柔軟性を確保するため、低硬度のもの、例えばデュロメータタイプＡによる硬度が５０以下のものが好ましい。また、樹脂は硬化後の引張伸びが５０％以上のものであることが好ましい。
【００１８】
樹脂には、必要に応じて高い熱伝導率を有するフィラーを混合しておいてもよい。そのようなフィラー含有樹脂を繊維基材に含浸させることにより、繊維間にフィラーを充填することができ、放熱経路を増加させて、より熱伝導性を向上させることができる。フィラーの材料としては、溶融シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、窒化アルミおよび窒化ホウ素などが挙げられる。フィラーは樹脂（封止材）に対して１０〜５０質量％の量で用いるのが好ましい。
【００１９】
本発明の積層体は、繊維基材を所望の厚さ、例えば０．２μｍ〜２ｍｍとなるように積層した後、必要に応じてフィラーを分散させた樹脂を、例えば真空含浸により繊維基材に含浸させて製造することができる。
【実施例】
【００２０】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２１】
１．繊維基材
下記の表１に記載した高λと低λの繊維からそれぞれ１種以上の繊維を用いた平織の織布を、所望の厚さ（０．２μｍ〜２ｍｍ）となるように積層する。繊維の選択は、低λの繊維が高λの繊維よりも低弾性率の素材となるようにし、かつ熱伝導率の高λ／低λ比が１０以上、弾性率の高λ／低λ比が２以上となるように行う。繊維は開繊処理を行っていない繊維径５０μｍ以下のものを用い、織布の網目間隔は５０μｍ以上とする。基材の積層パターンは、単純重ね、または４５°回転させた状態で重ねたものとする。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
２．封止材
上記１で得られた積層基材に、シリコーン樹脂またはウレタン樹脂から選択される封止材を真空含浸させ、シート形状の積層体を成形する。なお、封止材はいずれもデュロメータタイプＡによる硬度が５０以下、かつ引張伸びが５０％以上のものを用いる。
【００２４】
３．フィラー
上記２の封止材には、予め表２から選択される絶縁性の無機フィラーを混合しておき、それを含浸させることにより基材の繊維間にフィラーを充填することもできる。フィラーの粒径は１００μｍ以下とし、充填量は封止材に対して１０〜５０質量％とする。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
４．熱伝導率および製品形状への追従性評価
上記１〜３の条件に従って積層体Ａ〜Ｅを製造し、その厚さ方向の熱伝導率と製品形状への追従性指数を測定した。なお、製品形状への追従性指数は、従来品であるガラス繊維基材にエポキシ樹脂封止材を含浸させて得た積層体を０とし、湾曲面に対しての形状追従量が最大となった実施例を５０として比較した。
【００２７】
（１）積層体Ａ
開繊処理していない繊維径１０〜１５μｍのアルミナ繊維（高λ繊維）およびガラス繊維（低λ繊維）を５０：５０の質量比で用いて織られた、網目間隔が１００μｍ超の平織の複合織布を、厚さ７ｍｍとなるよう単純重ねにより積層し、そこに封止材（シリコーン樹脂）を真空含浸させた（図１）。得られた積層体の厚さ方向の熱伝導率は２Ｗ／ｍＫであり、従来品であるガラス繊維基材にエポキシ樹脂封止材を含浸させて得た積層体が０．４Ｗ／ｍＫであったのに比べて高かった。製品形状への追従性指数は３０％であった。
【００２８】
（２）積層体Ｂ
複合織布の積層時に、織布を１枚おきに面方向に４５°回転させて重ねた以外は積層体Ａと同様に製造した（図２参照）。得られた積層体の厚さ方向の熱伝導率は２．５Ｗ／ｍＫであり、積層体Ａよりも高くなった。製品形状への追従性指数は３０％であった。
【００２９】
（３）積層体Ｃ
平織の複合織布ではなく、同素材（アルミナ繊維およびガラス繊維）からなる不織布（図３参照）を用いた以外は積層体Ａと同様に製造した。得られた積層体の製品形状への追従性指数は５０％であり、積層体Ａよりも追従性が向上した。厚さ方向の熱伝導率は３．５Ｗ／ｍＫであった。 
【００３０】
（４）積層体Ｄ
封止材にアルミナフィラーを封止材の熱伝導率が１．６Ｗ／ｍＫとなるように加えた以外は、積層体Ａと同様に製造した（構造について図４参照）。得られた積層体の厚さ方向の熱伝導率は３Ｗ／ｍＫであり、積層体Ｂよりもさらに高くなった。製品形状への追従性指数は２０％であった。
【００３１】
（５）積層体Ｅ
積層体Ｃと同じ不織布を用い、かつ封止材にアルミナフィラーを封止材の熱伝導率が１．６Ｗ／ｍＫとなるように加えた以外は積層体Ａと同様に製造した（構造について図５参照）。得られた積層体の製品形状への追従性指数は２５％であり、厚さ方向の熱伝導率は５Ｗ／ｍＫであった。
【００３２】
積層体Ａ〜Ｅの製品形状への追従性指数を図６のグラフにまとめた。
【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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