(57)【要約】【課題】低熱抵抗かつ作業性に優れた、電子部品の放熱材料に適したフェーズチェンジ型放熱部材を提供すること。【解決手段】３０〜１２０℃で軟化する樹脂を含む有機成分が１５〜３５質量％、平均粒径０．３〜１．９μｍの粉末ａと、平均粒径２〜２０μｍの粉末ｂとが、ａ／ｂ＝７／３〜３／７の体積比の割合である無機充填材６５〜９０質量％を含有してなる熱伝導性樹脂組成物からなる層の少なくとも一面に、ビッカース硬さが２４Ｈｖ以下である金属層が積層されてなることを特徴とするフェ−ズチェンジ型放熱部材である。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
３０〜１２０℃で軟化する樹脂を含む有機成分が１０〜３５質量％、平均粒径０．３〜１．９μｍの粉末ａと、平均粒径２〜２０μｍの粉末ｂとが、ａ／ｂ＝７／３〜３／７の体積比の割合である無機充填材６５〜９０質量％を含有してなる熱伝導性樹脂組成物からなる層の少なくとも一面に、ビッカース硬さが２４Ｈｖ以下である金属層が積層されてなることを特徴とするフェ−ズチェンジ型放熱部材。
【請求項２】
流動パラフィンと３０〜１２０℃で軟化する樹脂を含む有機成分が１０〜３５質量％、平均粒径０．３〜１．９μｍの粉末ａと、平均粒径２〜２０μｍの粉末ｂとが、ａ／ｂ＝７／３〜３／７の体積比の割合である無機充填材６５〜９０質量％を含有してなる熱伝導性樹脂組成物からなる層の少なくとも一面に、ビッカース硬さが２４Ｈｖ以下である金属層が積層されてなることを特徴とするフェ−ズチェンジ型放熱部材。
【請求項３】
粉末ａが窒化アルミニウム粉またはアルミナ粉または酸化亜鉛粉の少なくとも１を含み、粉末ｂが金属粉であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフェーズチェンジ型放熱部材。
【請求項４】
粉末ｂが金属アルミニウムまたは錫または金属アルミニウムと錫の少なくとも１を含む合金属粉であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のフェーズチェンジ型放熱部材。
【請求項５】
金属層が、錫またはインジウムまたはそれらの少なくとも１を含む合金であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のフェーズチェンジ型放熱部材。
【請求項６】
金属層の厚さが０．００５〜０．２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のフェーズチェンジ型放熱部材。
【請求項７】
熱伝導性樹脂組成物からなる層の厚さが０．０1〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のフェーズチェンジ型放熱部材
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の放熱材料として適したフェーズチェンジ型放熱部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子回路の高集積化に伴い、回路から発生する熱をいかに外部へ逃がすかという放熱の問題が深刻となっている。その対策として、シリコーンゴムに熱伝導性無機粉末が充填された硬化物からなる放熱シート、シリコーンゲルに熱伝導性無機粉末が充填され、柔軟性を有する硬化物からなる放熱スペーサー、液状シリコーンに熱伝導性無機粉末が充填された流動性のある放熱グリース、樹脂の相変化を利用したフェーズチェンジ型放熱部材等が例示される。これらのうち、薄化が容易なものはグリース及びフェーズチェンジ型放熱部材であるが、作業性の点でフェーズチェンジ型放熱部材が好まれる。
【０００３】
但し、更なる作業性の向上が求められる場合や、複数回再使用する場合には、その少なくとも一面に熱伝導率が高く粘着性の無い層、具体的には金属箔が積層された形で用いられることがある。その場合は熱伝導性率の観点からアルミニウムや銅が用いられることが多いが（特許文献１）、フェーズチェンジ層と金属箔層との層間の接触抵抗により、積層体としての放熱特性が低下してしまう問題があった。
【特許文献１】特開２００４−７５７６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、上記に鑑み、高放熱性かつ作業性に優れた、電子部品の放熱材料に適したフェーズチェンジ型放熱部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、本発明は、３０〜１２０℃で軟化する樹脂を含む有機成分が１５〜３５質量％、平均粒径０．３〜１．９μｍの粉末ａと、平均粒径２〜２０μｍの粉末ｂとが、ａ/ｂ＝７／３〜３／７の体積比の割合である無機充填材６５〜９０質量％を含有してなる熱伝導性樹脂組成物からなる層の少なくとも一面に、ビッカース硬さが２４Ｈｖ以下である金属層が積層されてなることを特徴とするフェ−ズチェンジ型放熱部材である。また、本発明は、流動パラフィン、３０〜１２０℃で軟化する樹脂を含む有機成分が１５〜３５質量％、平均粒径０．３〜１．９μｍの粉末ａと、平均粒径２〜２０μｍの粉末ｂとが、ａ/ｂ＝７／３〜３／７の体積比の割合である無機充填材６５〜９０質量％を含有してなる熱伝導性樹脂組成物からなる層の少なくとも一面に、ビッカース硬さが２４Ｈｖ以下である金属層が積層されてなることを特徴とするフェ−ズチェンジ型放熱部材である。また、本発明は、粉末ａが窒化アルミニウム及び／又はアルミナ粉及び／又は酸化亜鉛、粉末ｂが金属粉、特に金属アルミニウム及び／又は錫粉及び／又はそれらの一を主成分とすることを特徴とするフェーズチェンジ型放熱部材である。更に、本発明は、金属層が、錫またはインジウムまたはそれらの少なくとも１を含む合金であることを特徴とする前述のフェーズチェンジ型放熱部材である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、熱伝導性樹脂組成物層（以下フェーズチェンジ層とする）中の無機充填材を所定量とし、更にフェーズチェンジ層に積層する金属箔の硬さを制御することによって、高放熱性、作業性良好などの効果を奏することができる
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明において、フェーズチェンジ層に積層される金属層として、ビッカース硬度で２４以下のもの、具体的に例を挙げれば錫、インジウムを用いることにより、高い放熱特性を得ることができる。これは軟らかいことにより、荷重負荷時に有機結合層内にある無機系材料との間の接触が強化され、フェーズチェンジ層と金属層との界面の熱抵抗を小さくすることができるためと考えられる。金属層の硬度が高いとこの部分の抵抗が大きくなり、例えば銅のように熱伝導率の高い材料を用いても放熱特性は低下する。
【０００８】
本発明において、粉末ａ、ｂとしては、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素等のセラミックス粉、またアルミニウム、錫、銅などの金属粉が使用できるが、粉末ａについては窒化アルミニウム粉及び／又はアルミナ粉及び／又は酸化亜鉛粉を、粉末ｂは金属粉であることが好ましい。さらに好ましくは粉末ａに酸化亜鉛粉及び窒化アルミニウム粉、粉末ｂに金属アルミニウム粉及び／又は錫粉を用いることである。これにより高熱伝導と高充填性、流動性を並立させることができる。
【０００９】
充填材は、平均粒径の異なる2種類又はそれ以上の粉末が使用される。すなわち、平均粒径０．３〜１．９μmの粉末ａと、平均粒径２〜２０μｍの粉末ｂとが、ａ／ｂ＝７／３〜３／７の体積比となるように使用される。この時、粉末ａ、粉末ｂはそれぞれ複数の種類の粉末からなっていても良い。これにより本発明のフェーズチェンジ層の流動性が向上するとともに、荷重印加時の金属箔への接触も向上する。粉末ａの平均粒径が０．３μｍ以下だと充填が困難になり、また流動性が低下してフェーズチェンジ層の薄化が困難になる。一方粉末ｂの平均粒径が２０μｍ以上だとやはりフェーズチェンジ層の薄化が困難になるため、放熱特性が低下する。なお本発明において、平均粒径とはレーザー回折式粒度分布測定装置にて、センサで検出した粒子による回折／散乱光の光強度分布のデータから粒度分布を計算したものであり、測定される粒子径の値に相対粒子量（差分％）を掛けて、相対粒子量の合計（１００％）で割って求められる。
【００１０】
充填材の含有率は、フェーズチェンジ層構成物中、６５〜９０質量％とする。６５質量％未満では熱伝導率が低く、いくら薄化しても低熱抵抗化は困難となる。また、９０質量％を超えると、フェーズチェンジ層の流動性が低くなり、薄化しにくくなる。
【００１１】
粉末ａは熱伝導性、作業性の点から窒化アルミニウム及び／又はアルミナ及び／又は酸化亜鉛が好ましい。それ以外の場合、例えば金属アルミニウムでは熱伝導率は高いものの、金属超微粉となることから粉の活性が非常に高くなり、爆発の危険性が高くなるなど取り扱いにくくなる場合がある。また粉末ｂの材質は熱伝導率の高いものが好ましく、その意味では各種金属粉やセラミックス粉が上げられるが、アルミナ、窒化アルミニウムなどのセラミックス粉は一般的に硬度が高いため、その粗粉を用いる場合、有機成分との混合時に設備が磨耗しやすい。その意味では金属粉が好ましく、特に金属アルミニウム粉や錫粉のように比較的軟らかいものが、外力に対して変形することで充填材同士の接触が増大し、熱伝導パスを増加させる効果も期待できるため好ましい。
【００１２】
本発明のフェーズチェンジ層の有機成分においては、温度３０〜１２０℃で軟化する有機成分を含有していることが好ましい。３０℃未満では室温状態でも軟化しやすくなって取扱に支障を来し、一方１２０℃を超えて軟化させるためには非常に高温にする必要があり好ましくない。このような樹脂を例示すれば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンーαオレフィン共重合体、エチレンー酢酸ビニル共重合体等の熱可塑性樹脂や、その他常温では固体であり加熱により低粘度の流体になるもの、例えばマイクロクリスタリンワックス、モンタン酸ワックス、モンタン酸エステルワックス等のワックス類、また室温で固体であるパラフィンワックス等が挙げられる。これらの一種又は二種以上、またこれらに適宜流動パラフィンを加える。マトリックスをこのような有機成分で構成することにより、加熱時の流動性を極めて高くすることができ薄化が容易となるため、熱抵抗を減少させることができる。
【００１３】
また本発明のフェーズチェンジ層においては、有機成分として上記のほかに、例えば粘着性を付与するための粘着剤や無機充填材分散性向上のための分散剤、界面活性剤、カップリング剤など、各種添加剤などを適宜用いても良い。
【００１４】
本発明のフェーズチェンジ層は、上記諸材料を加温しながら万能混合撹拌機、ニーダー等で混練し、厚み０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍにシート成形ことによって製造することができる。厚みが０．５ｍｍを超えると、低熱抵抗化が困難になる。また０．０１ｍｍ未満では、発熱性電子部品の凹凸への追従が困難になるため、接触が不十分となり、熱抵抗が増加する。    
【００１５】
シート成形は、上記フェーズチェンジ層を、金属錫や金属インジウム等の箔に乗せ、所定厚さの金型で加熱プレスするか、加熱しながらロールコーター等で所定の空間を通過させるか、又はフェーズチェンジ層をトルエン等の溶剤で溶解させ、ドクターブレード法などで塗工した後ラミネーターで調整する等によって行うことができる。箔の厚みは０．００５〜０．２ｍｍが好ましい。０．００５ｍｍ未満では取り扱いが難しくシワが入りやすく、０．２ｍｍを超えると柔軟性が低下する。
【００１６】
本発明のフェーズチェンジ型放熱部材は、ＭＰＵやパワートランジスタ、トランス等の発熱性電子部品からの熱を放熱フィンや放熱ファン等の放熱部品に伝熱させるために使用され、発熱性電子部品と放熱部品の間に挟みこまれて使用される。これによって、発熱性電子部品と放熱部品間の伝熱が良好となり、発熱性電子部品の誤作動を著しく軽減させることができる。
【実施例】
【００１７】
以下、実施例及び比較例を挙げて更に具体的に本発明を説明する。
【００１８】
実施例１〜１２
粉末ａとして、市販の窒化アルミニウム粉（トクヤマ社製「Ｈグレード」；平均粒径１．６μｍ）と市販の酸化亜鉛粉（堺化学社製「第一種」平均粒径０．６μｍ）、アルミナ（住友化学社製ＡＡ-05  平均粒径０．５μ）を、また粉末ｂとして、市販の金属アルミニウム粉（ミネルコ社製；表１）、錫粉（日本アトマイズド加工社製：平均粒径５μm）これらを表２に示す割合で混合して無機充填材を調整した。なお、平均粒径はレーザー回折式粒度分布測定装置（日機装社製マイクロトラックＭＴ３２００）で評価した。
【００１９】
【表１】
2008108859.tif 000002
【００２０】
【表２】
2008108859.tif 000003
【００２１】
一方、有機成分として、流動パラフィン（松村石油社製「モレスコホワイトＰ−３５０Ｐ」）、エチレンー酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）（東ソー社製「ウルトラセン７２５」）、ホットメルト接着剤（松村石油社製「モレスコメルトＴＮ−５３０Ｓ」）を準備し、無機充填材と共に表２の割合で配合し、１５０℃に過熱した万能混合撹拌機の容器に入れ、１５分間混合しながら真空脱泡し、冷却してから取り出してフェーズチェンジ層とした。
【００２２】
このフェーズチェンジ層を、厚さ０．０２ｍｍ、幅１６０ｍｍの金属錫箔（日本製箔社製、ビッカース硬さ２０Ｈｖ）もしくはインジウム箔（日本製箔社製、ビッカース硬さ１６Ｈｖ）に乗せ、１２０℃に設定された遠赤外加熱炉を通して加熱を行い、流動性樹脂を溶融させた状態にしてから、その上面に、厚さ０．１ｍｍ、幅１６０ｍｍの片面シリコーン処理ＰＥＴフィルムをシリコーン処理面を接面させて配置し、０．２ｍｍのギャップを設けたコンマコーターの間を通した。これを長さ４００ｍｍに切断した後冷却し、ＰＥＴフィルムをはがして、厚み０．１ｍｍ、幅１５０ｍｍ、長さ４００ｍｍのフェーズチェンジ型放熱部材を得た。
【００２３】
得られたフェーズチェンジ型放熱部材の熱抵抗は、１０ｍｍ角の試料装着部分を持つ、ヒーターを埋め込んだ銅製治具と銅製冷却治具との間にはさみ、４．２ｋｇの荷重をかけてセットした後、ヒーターに電力２０Ｗをかけて３０分間保持し、挟まれた放熱部材部分に発生する温度差（℃）を測定し、式：熱抵抗（℃／Ｗ）＝温度差（℃）／電力（Ｗ）、により算出した。その結果を表２に示す。
【００２４】
比較例１、２
金属箔としてアルミニウム（ビッカース硬度２５Ｈｖ）及び銅（ビッカース硬度４６Ｈｖ）を用いた以外は、実施例１に準じてフェーズチェンジ型放熱部材を作製した。得られたものの熱抵抗値は表３の通り実施例に比べて高い熱抵抗値を示した。
【００２５】
比較例３、４、５
無機充填材として、表３に示されるように、粉末ａと粉末ｂとを本発明の範囲を逸脱して併用したこと以外は、実施例１に準じてフェーズチェンジ型放熱部材を製造した。得られたものは実施例１〜１２に比べて高い熱抵抗値を示した。
【００２６】
比較例６、７
有機成分の割合を、本発明の範囲を逸脱した表３の組成とした以外は、実施例１と同様にフェーズチェンジ型放熱部材を製造した。得られたものは実施例に比べて高い熱抵抗値を示す（比較例６）か、流動性が悪すぎてシート化できない（比較例７）ものであった。
【００２７】
【表３】
2008108859.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明のフェーズチェンジ型放熱部材は、各種電子部品など、熱を発生するもの全ての放熱用途に適用できる。