(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコーンと熱伝導性フィラーとを含有する樹脂組成物からなり、パワーモジュールとヒートシンクとの間に設けられる熱伝導性シートであって、
前記熱伝導性フィラーは、アスペクト比が４以上であり、
前記熱伝導性シート中の前記熱伝導性フィラーの含有量は、４０〜７０体積％であり、
下記条件で温度サイクル試験を行った際の熱伝導性シートの厚さ方向の圧縮量が１０〜２５％である、熱伝導性シート。
［温度サイクル試験の条件］
熱伝導性シートの厚さ：０．２ｍｍ
初期圧縮応力：１ＭＰａ
温度条件（１サイクル）：−４０℃で３０分間保持した後、１５０℃で３０分間保持
サイクル数：７０
【請求項２】
ＡＳＴＭ  Ｄ５４７０に準ずる熱抵抗測定によって、測定圧力０．５ＭＰａ、シート厚さ０．２ｍｍの条件で測定した熱抵抗値が０．２７Ｋｃｍ２／Ｗ以下である請求項１に記載の熱伝導性シート。
【請求項３】
前記シリコーンは、側鎖にビニル基を有するシリコーンの架橋物と、シリコーンオイルとの混合物である請求項１又は２に記載の熱伝導性シート。
【請求項４】
前記熱伝導性フィラーは、材質が窒化ホウ素であり、かつ形状が鱗片状である請求項１〜３のいずれかに記載の熱伝導性シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導性シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュールは、比較的発熱量の多い電子部品であり、ヒートシンク（冷却部材）によって放熱しながら使用される。
近年、パワーエレクトロニクス機器の小型化等に伴い、パワーモジュールの高出力密度化が進められており、それに伴って高い放熱性能も求められている。
パワーモジュールが発する熱は、パワーモジュールに取り付けられたヒートシンクによって筐体外部へ放熱される。ヒートシンクは、通常、熱伝導材（ＴＩＭ：Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ）を介してパワーモジュールに取り付けられている。
パワーモジュールに用いられる熱伝導材としては、熱伝導グリースのような液状タイプの熱伝導材と、熱伝導性シート（放熱シートとも称される）のような固形タイプの熱伝導材とが知られている。【０００３】
熱伝導グリースをパワーモジュールに使用した場合、徐々に放熱性能が低下することが問題となる。これは、パワーモジュールとヒートシンクとの間に充填した熱伝導グリースが、パワーモジュールのＯＮ／ＯＦＦの切り替えで生じる熱変形によって、外へ流出するポンプアウト現象が生じ、その結果、熱伝導グリースの内部にボイド（空隙）が発生するためと考えられている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】小西祐一郎、外２名、「熱サイクルにともなう熱伝導グリースのポンプアウト現象に関する可視化実験」、日本機械学会論文集、２０１７年、Ｖｏｌ．８３、Ｎｏ．８４５、ｐ．１６−００２４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、熱伝導グリースをパワーモジュールに使用した場合、この熱伝導グリースは、パワーモジュールの熱変形によってポンプアウトすることがある。
そこで、熱伝導グリースに代えて熱伝導性シートを使用することを検証した。その結果、パワーモジュールの熱変形によって、熱伝導性シートがパワーモジュールとヒートシンクとの間からはみ出したり、破損したりする場合があること、及び、これらの不具合を回避することができる耐久性を備えた熱伝導性シートは、熱伝導グリース並みの放熱性能を確保することが難しいことが明らかとなった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、このような状況のもと鋭意検討を重ね、パワーモジュールの熱変形によってパワーモジュールとヒートシンクとの間からはみ出したり、破損が生じたりしにくく、かつ熱伝導性に優れた、パワーモジュールに好適に用いることができる熱伝導性シートを完成した。【０００７】
（１）本発明の熱伝導性シートは、
シリコーンと熱伝導性フィラーとを含有する樹脂組成物からなり、パワーモジュールとヒートシンクとの間に設けられる熱伝導性シートであって、
上記熱伝導性フィラーは、アスペクト比が４以上であり、
上記熱伝導性シート中の上記熱伝導性フィラーの含有量は、４０〜７０体積％であり、
下記条件で温度サイクル試験を行った際の熱伝導性シートの厚さ方向の圧縮量が１０〜２５％である。
［温度サイクル試験の条件］
初期圧縮応力：１ＭＰａ
温度条件（１サイクル）：−４０℃で３０分間保持した後、１５０℃で３０分間保持
サイクル数：７０【０００８】
本発明の熱伝導性シートは、シリコーンと熱伝導性フィラーとを含有する樹脂組成物からなり、かつ、上記の条件で温度サイクル試験を行った際の熱伝導性シートの厚さ方向の圧縮量が１０〜２５％である。
このような特性を充足する熱伝導性シートは、パワーモジュールとヒートシンクとの間に配置して使用する熱伝導性シートとして極めて好適である。
パワーモジュールは、上述したようにＯＮ／ＯＦＦによって熱変形する部材である。例えば、パワーモジュールが図１に示したような平板状である場合には、電源のＯＮによって発熱し、「上に凸」又は「下に凸」に反るよう変形する。このような変形によって、当該パワーモジュールとヒートシンクとの間に配置された熱伝導性シートが圧縮され、場合によっては破損するおそれがある。
これに対して、上記熱伝導性シートは、上記温度サイクル試験を行った際の厚さ方向の圧縮量が１０〜２５％である。そのため、パワーモジュールとヒートシンクとの間に配置した際に、長期間に亘って、破損することなく、優れた熱伝導性を発揮することができる。【０００９】
（２）上記熱伝導性シートは、ＡＳＴＭ  Ｄ５４７０に準ずる熱抵抗測定によって、測定圧力０．５ＭＰａ、シート厚さ０．２ｍｍの条件で測定した熱抵抗値が０．２７Ｋｃｍ２／Ｗ以下であることが好ましい。
このような条件で測定した熱抵抗値が上記範囲にある場合、上記熱伝導性シートはパワーモジュール用の熱伝導グリースと比較して遜色のない熱伝導性を有するものとなる。
そのため、上記熱伝導性シートは、耐久性に優れるとともに充分な熱伝導性を確保することができる。【００１０】
（３）上記熱伝導性シートにおいて、上記シリコーンは、側鎖にビニル基を有するシリコーンの架橋物と、シリコーンオイルとの混合物であることが好ましい。
シリコーンオイルを含有する上記混合物は、シリコーンオイルを含有しないものと比較して可塑度が向上する。上記混合物の可塑度が向上すると、加工性の悪化を伴うことなくより多くの熱伝導性フィラーを含有させることが可能となる。また、上記可塑度の向上により、上記混合物中に含有させた熱伝導性フィラーの流動性が増し、当該熱伝導性フィラーを熱伝導シートの厚さ方向に配向させ易くなる。【００１１】
（４）上記熱伝導性シートにおいて、上記熱伝導性フィラーは、材質が窒化ホウ素であり、かつ形状が鱗片状であることが好ましい。
この場合、上記熱伝導性フィラーが厚さ方向に配向し、熱伝導性に格別優れた熱伝導性シートを提供するのに適している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の熱伝導性シートは、優れた耐久性と熱伝導性とを両立でき、パワーモジュールとヒートシンクとの間に設けられる熱伝導性シートとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る熱伝導性シートを介してヒートシンクが取り付けられたパワーモジュールを模式的に示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の実施形態に係る熱伝導性シートの一例を模式的に示す斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面における部分拡大図である。
【図３】本発明の実施形態に係る熱伝導性シートを製造する際に使用する押出機を模式的に示す図である。
【図４】温度サイクル試験で使用した熱伝導性シートを挟持するための治具を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｅ）は、それぞれ温度サイクル試験後の熱伝導性シートの状態を例示する参照図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明において、「熱伝導性シート」とは、押出成型等で成形した後のブロック状物、及び、当該ブロック状物を適宜切断して得られる切断物（スライスしたシート状物を含む）の両方を含む概念である。
ここでは、スライスしたシート状物を例にして、熱伝導性シートの実施形態を説明する。
【００１５】
本実施形態に係る熱伝導性シートは、パワーモジュールとヒートシンクとの間に設けられる部材である。上記熱伝導性シートは、シリコーンと、熱伝導性フィラーとを含有する樹脂組成物からなる。ここで、シリコーンとは、シロキサン結合による主骨格を有する高分子化合物である。
図１は、本実施形態に係る熱伝導性シートを介してヒートシンクが取り付けられたパワーモジュールを模式的に示す断面図である。図２（ａ）は、本発明の実施形態に係る熱伝導性シートの一例を模式的に示す斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面における部分拡大図である。
なお、本願図面において、図１〜４はいずれも模式図であり、各部材の実寸法を正確に反映したものではない。
【００１６】
熱伝導性シート１は、図１に示すように、パワーモジュール１１とヒートシンク１２との間に配置され、一方の面をパワーモジュール１１に接触させ、他方の面をヒートシンク１２に接触させて使用する。これにより、ヒートシンク１２は熱伝導性シート１を介してパワーモジュール１１に取り付けられる。パワーモジュール１１が発する熱はヒートシンク１２によって筐体（図示せず）の外部へ放熱される。
【００１７】
熱伝導性シート１は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、マトリックス成分２と、鱗片状の熱伝導性フィラー４とを含有している。熱伝導性フィラー４は、熱伝導性シート１のほぼ厚さ方向に配向している。熱伝導性シート１では、熱伝導性フィラー４による熱伝導パスが、熱伝導性シート１のほぼ厚さ方向に形成されている。なお、熱伝導性シート１は、ほぼ厚さ方向にウェルドラインが形成されることもある。
本実施形態の熱伝導性シートでは、熱伝導性フィラー以外の成分をまとめてマトリックス成分と称する。
【００１８】
マトリックス成分２は、シリコーンを含有する。そのため、熱伝導性シート１は耐熱性に優れる。
本実施形態において、上記シリコーンは、シリコーンの架橋物（以下、架橋シリコーンともいう）と、シリコーンオイルとの混合物である。
ここで、架橋シリコーンは、過酸化物架橋されたものであっても良いし、付加反応型の架橋により架橋されたものであっても良いが、過酸化物架橋されたものが好ましい。過酸化物架橋によって架橋された架橋シリコーンの方が耐熱性に優れるからである。
上記架橋シリコーンとしては、例えば、側鎖（末端も含む）の一部にビニル基を有するシリコーンを架橋させたものが好ましい。
【００１９】
上記シリコーンオイルは、例えば、側鎖が全てメチル基で不飽和基を含まないシリコーンである。
マトリックス成分２では、上記架橋シリコーンによってもたらされる３次元網目構造の隙間に、上記シリコーンオイルが入り込んでいる。このようなマトリックス成分２によって、熱伝導性シートは、柔軟性が確保されつつ、優れた耐久性を確保するのに適した構造になっていると考えられる。
【００２０】
上記シリコーンオイルは、数平均分子量が１００００〜１０００００であることが好ましい。
上記シリコーンオイルの数平均分子量が１００００未満では、熱伝導性シート１からシリコーンオイルがブリードしやすくなる。一方、シリコーンオイルの数平均分子量が１０００００を超えると、熱伝導性シート１を製造する際の成形性や加工性に劣る傾向にある。
【００２１】
上記シリコーンオイルの動粘度は、ウッベローデ粘度計で測定した２５℃の動粘度で、１０００〜１０００００ｃｐｓが好ましい。
上記動粘度が１０００ｃｐｓ未満では、シリコーンオイルが熱伝導性シートからブリードし易くなる。一方、上記動粘度が１０００００ｃｐｓを超えると、熱伝導性シートの硬度が高く、パワーモジュールとヒートシンクとの間に配置した際に、パワーモジュールやヒートシンクとの接触面における密着性や追従性に劣ることになる。
【００２２】
上記側鎖の一部にビニル基を有するシリコーンの具体例としては、例えば、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端メチルフェニルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチル（３，３，３−トリフルオロプロピル）ポリシロキサン、分子鎖両末端シラノール基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端シラノール基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、２種以上併用しても良い。
【００２３】
上記架橋シリコーンと上記シリコーンオイルとを併用する場合、上記ビニル基を有するシリコーンと上記シリコーンオイルとの合計量に対する、上記ビニル基を有するシリコーンの含有量は１〜１０重量％が好ましい。
上記ビニル基を有するシリコーンの含有量が１重量％未満では、熱伝導性シートが軟らかすぎて、当該熱伝導性シートをパワーモジュールとヒートシンクとの間に配置した際に、両者の間からはみ出しやすくなる。一方、上記含有量が１０重量％を超えると、熱伝導性シートが硬く、当該熱伝導性シートをパワーモジュールとヒートシンクとの間に配置した際に、パワーモジュールやヒートシンクとの接触面における密着性や追従性に劣ることになる。
【００２４】
マトリクス成分２は、シリコーンとして、所謂、ミラブルタイプのシリコーンを含有していても良い。上記ミラブルタイプのシリコーンとしては、例えば、上記シリコーンオイルよりも数平均分子量が大きく、側鎖が全てメチル基で不飽和基を含まないシリコーンが挙げられる。
【００２５】
本発明においてシリコーンオイルや上述したミラブルタイプのシリコーンの数平均分子量は、ＪＩＳ−Ｋ７２５２−１：２００８年「プラスチック−サイズ排除クロマトグラフィーによる高分子の平均分子量及び分子量分布の求め方−第１部：通則」に準拠し、ポリスチレンを標準物質とするゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）を用いて測定した数平均分子量である。
【００２６】
上記過酸化物架橋を行う際の過酸化物としては、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、Ｐ−メチルベンゾイルパーオキサイド等の有機過酸化物が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、２種以上併用しても良い。
更には、架橋促進剤や架橋促進助剤等を併用して架橋を行っても良い。
【００２７】
上記過酸化物の好ましい配合量は、ビニル基を有するシリコーンが過不足なく架橋反応する量であり、例えば、ビニル基を有するシリコーン（未架橋のシリコーン）の全量に対して１７〜２５重量％程度である。通常、この程度の量でビニル基を有するシリコーンが過不足なく架橋反応するため、未反応のビニル基や、過酸化物の分解生成物が、熱伝導性シート内に残留しにくい。
一方、上記過酸化物の配合量が１７重量％未満では、熱伝導性シート内に未反応のビニル基が残りやすく、その結果、製造した熱伝導シートは熱劣化しやすくなる。
また、上記過酸化物の上記配合量が２５重量％を超えると、望まない架橋反応が進行してしまい、熱伝導性シートが硬くなり過ぎてしまうことがある。更には、過酸化物の熱分解生成物の量がビニル基の量に対して過剰になり、この熱分解生成物が熱伝導性シート内に残留し、熱伝導性シートの性能を劣化させることがある。また、上記熱分解生成物は加熱によって除去することが可能であるが、残留量が多くなると除去にも時間を要することになる。
【００２８】
マトリックス成分２は、熱伝導性シート１の要求特性を損なわない範囲で、他のエラストマー成分等を含有していても良い。
マトリックス成分２は、難燃剤を含有していても良い。
上記難燃剤としては、例えば、白金系化合物、トリアゾール系化合物、べんがら、黒鉄などの酸化鉄等が挙げられる。これらは、単独で用いても良いし、２種以上併用しても良い。
マトリックス成分２は、更に、補強剤、充填剤、軟化剤、可塑剤、老化防止剤、粘着付与剤、帯電防止剤、練り込み接着剤、カップリング剤等の一般的な配合・添加剤を含有していても良い。
【００２９】
一方、マトリックス成分２は、シリカを含有しないことが好ましい。
シリカを含有すると、マトリックス成分が硬くなり、柔軟性を確保しつつ、導電性フィラーの含有量を高めることが困難になる。その結果、高い熱伝導性を確保することが難くなる。
このようにマトリックス成分が硬くなる理由は、マトリックス成分がシリカを含有すると、シリコーン系組成物を架橋させる際に、このシリカが、ポリマー（シリコーン）の流動を阻害する拘束点となり、得られた架橋物が硬くなり過ぎてしまうためと推測している。
【００３０】
熱伝導性シート１は、熱伝導性フィラー４を含有する。
熱伝導性フィラー４は、絶縁性フィラーが好ましい。導電性フィラーを含有する熱伝導性シートは、パワーモジュールとヒートシンクとの間に配置した際に、短絡による電気系トラブルの原因になることがある。
絶縁性を有する熱伝導性フィラー４の材質としては、例えば、窒化ホウ素（ＢＮ）、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、２種以上併用しても良い。
これらのなかでは、熱伝導性シート１の厚さ方向に配向させやすく、上記厚さ方向に優れた熱伝導性を付与することができる点から六方晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）が好ましい。
【００３１】
熱伝導性フィラー４は、アスペクト比が４以上である。このようなアスペクト比の熱伝導性フィラー４は、厚さ方向に配向させやすく、かつ厚さ方向に配向させることにより、優れた熱伝導性を確保することができる。
熱伝導性フィラー４の形状は、アスペクト比が４以上であれば特に限定されず、例えば、鱗片状、板状、膜状、円柱状、角柱状、楕円状、扁平形状などが挙げられる。これらのなかでは鱗片状が好ましい。
【００３２】
上記熱伝導性フィラーのアスペクト比とは、熱伝導性フィラーの長径を短径で除した値をいう。ここで、熱伝導性フィラーの長径とは、熱伝導性フィラーにおいて最も長い部分の長さをいい、熱伝導性フィラーの短径とは、上記長径に直交する方向において、熱伝導性フィラーの最も短い部分の長さをいう。
特に具体的な例として、例えば、上記熱伝導性フィラーが鱗片状を有する窒化ホウ素製のフィラーの場合には、結晶軸におけるａ軸方向の長さをｃ軸方向の長さで除した値が上記熱伝導性フィラーのアスペクト比となる。
【００３３】
上記熱伝導性フィラーの長径及び短径（鱗片状を有する窒化ホウ素製のフィラーのａ軸方向の長さ及びｃ軸方向の長さを含む）は、熱伝導性フィラーの顕微鏡画像を用いて算出する。
そして、上記熱伝導性フィラーのアスペクト比の算出は、熱伝導性フィラーの顕微鏡画像を取得した後、当該画像内から無作為に２０個の熱伝導性フィラーを選択し、各フィラーにおける長径及び短径に基づいてアスペクト比を算出し、更にその平均値を算出することによって行う。
【００３４】
熱伝導性フィラー４の粒子径は、２０〜６０μｍが好ましい。上記粒子径が２０μｍ未満では熱伝導性フィラーの充填性が悪くなり熱伝導パスが形成されにくくなる。一方、上記粒子径が６０μｍを超えると、熱伝導性フィラー４を緻密に充填することが困難となり、また、熱伝導性シート１を製造する際に熱伝導性フィラー４が破損しやすくなる。
本発明において、上記熱伝導性フィラーの粒子径とは、レーザ回折・散乱法を用いて測定したメジアン径（ｄ５０）の値をいう。
【００３５】
熱伝導性フィラー４としては、粒子径の異なる熱伝導性フィラーを併用しても良い。
この場合、窒化ホウ素からなり粒子径が２０〜６０μｍの熱伝導性フィラー（以下、大粒径ＢＮフィラーともいう）と、窒化ホウ素からなり粒子径が５μｍ以上２０μｍ未満の熱伝導性フィラー（以下、小粒径ＢＮフィラーともいう）とを併用することが好ましい。寸法の異なる熱伝導性フィラーを併用することにより、熱伝導性シートにおける熱伝導性フィラーの含有量を高含有量としやすい。
上記大粒径ＢＮフィラーと上記小粒径ＢＮフィラーとを併用する場合、両者ともにアスペクト比は４以上とする。また、両者の形状はいずれも鱗片状が好ましい。
【００３６】
熱伝導性シート１において、熱伝導性フィラー４の含有量は４０〜７０体積％である。
上記熱伝導性フィラーの含有量が４０体積％未満では、充分な熱伝導性を確保することができない。一方、上記含有量が７０体積％を超えると、熱伝導性シートを作製する際の加工が困難になり、また、熱伝導性シートを安価に提供することが困難になる。
熱伝導性シート１における熱伝導性フィラー４の含有量は、５５〜７０体積％がより好ましい。これにより、極めて高い熱伝導性を確保することができる。
【００３７】
また、上記熱伝導性フィラーとして、上記大粒径ＢＮフィラーと上記小粒径ＢＮフィラーとを併用する場合、上記熱伝導性シートにおける上記熱伝導性フィラーの含有量は、両者の合計量として５０〜７０体積％が好ましく、５５〜７０体積％がより好ましい。
また、上記大粒径ＢＮフィラーと上記小粒径ＢＮフィラーとを併用する場合、両者の配合比率は、大粒径ＢＮフィラーと小粒径ＢＮフィラーとの合計量に対する大粒径ＢＮフィラーの量が６６体積％以上となることが好ましい。
【００３８】
熱伝導性シート１は、温度サイクル試験を行った際の厚さ方向の圧縮量が１０〜２５％である。
熱伝導性シート１は、上記圧縮量が１０〜２５％であるため、パワーモジュールとヒートシンクとの間に配置した際に、長期間に亘って、破損することなく、優れた熱伝導性を発揮することができる。
これに対して、上記圧縮量が１０％未満では、パワーモジュールやヒートシンクの接触面に対する追従性が不十分で、熱伝導性シート１をパワーモジュールとヒートシンクとの間に配置した際に、パワーモジュールやヒートシンクとの界面に隙間を生じ、放熱性能が不充分になる。
また、上記圧縮量が２５％を超えると、上記熱伝導性シートは、破損しやすく、パワーモジュール用の熱伝導性シートとして、耐久性が不充分になる。
本発明において、温度サイクル試験を行った際の厚さ方向の圧縮量とは、「温度サイクル試験前の熱伝導性シートの厚さ」に対する「温度サイクル試験前後の熱伝導性シートの厚さの差」の百分率をいう。
【００３９】
上記温度サイクル試験の条件は、
初期圧縮応力：１ＭＰａ、
温度条件（１サイクル）：−４０℃で３０分間保持した後、１５０℃で３０分間保持する、
サイクル数：７０、
である。
ここで、初期圧縮応力は、試験開始時に熱伝導性シートに印加する圧力を意味する。本試験では、熱伝導性シートに１ＭＰａの圧力を印加して温度サイクル試験を行う。
パワーモジュールとヒートシンクとの間に配置した熱伝導性シートには、上述したように、パワーモジュールの変形によって圧力が掛かる。このとき、熱伝導性シートに掛かる圧力は大きくても１ＭＰａ程度であると考えられる。そのため、上記の初期圧縮応力で温度サイクル試験を行うことにより、熱伝導性シートが充分な耐久性を有することを評価することができる。
また、温度条件（１サイクル）を上記範囲に設定して評価を行うことにより、短時間でパワーモジュールとヒートシンクとの間に設けられる熱伝導性シートとしての性能を評価することができる。
【００４０】
熱伝導性シート１は、ＡＳＴＭ  Ｄ５４７０に準ずる熱抵抗測定によって、測定圧力０．５ＭＰａ、シート厚さ０．２ｍｍの条件で測定した熱抵抗値が０．２７Ｋｃｍ２／Ｗ以下であることが好ましい。この場合、熱伝導性シート１は、パワーモジュール用の熱伝導グリースと比較して遜色のない熱伝導性を有するものとなり、耐久性に優れるとともに充分な熱伝導性が確保される。
【００４１】
熱伝導性シート１は、測定時間を３０秒後から１５秒後に変更した以外はＳＲＩＳ  ０１０１（日本ゴム規格協会）に準じて測定したアスカーＣ硬度が、７５〜８２であることが好ましい。優れた耐久性と熱伝導性との両立により適しているからである。
上記アスカーＣ硬度が７５未満では、熱伝導性シートがパワーモジュールとヒートシンクとの間からはみ出す現象や、破損がより起こりやすくなる。
一方、上記アスカーＣ硬度が８２を超えると、熱伝導性シートをパワーモジュールとヒートシンクとの間に配置した際に、熱伝導性シートとパワーモジュールとの界面や熱伝導性シートとヒートシンクとの界面に隙間ができ、放熱性能に劣ることがある。
また、熱伝導性シート１を後述する手法で製造する場合は、架橋後、厚さ方向に垂直な方向にスライス加工する前の熱伝導性シートのブロックについて、上記アスカーＣ硬度を測定し、当該アスカーＣ硬度が上記範囲にあることも好ましい。
上記熱伝導性シートのブロックのアスカーＣ硬度と当該ブロックをスライスした後の上記熱伝導性シートのアスカーＣ硬度とはほぼ同じであり、上記熱伝導性シートのブロックのアスカーＣ硬度の方が測定が容易だからである。
【００４２】
熱伝導性シート１の厚さは特に限定されないが、例えば、０．１〜３．０ｍｍ程度である。この場合、熱伝導性シート１は、パワーモジュールとヒートシンクとの間で熱を効率良く伝達する部材として好適に使用することができる。
熱伝導性シート１の厚さは、０．１〜１．０ｍｍが好ましい。パワーモジュールやヒートシンクの接触面に対する追従性を確保しつつ、より優れた放熱性能を確保することができる。一方、熱伝導性シート１の厚さが０．１ｍｍ未満ではパワーモジュールやヒートシンクの接触面に追従しきれないことがある。また、上記厚さが１ｍｍを超えるとシート自体の熱抵抗値によって放熱性に劣ることがある。
【００４３】
熱伝導性シート１は、パワーモジュール用の熱伝導性シートであり、縦寸法、及び、横寸法は、それぞれ独立して１０〜１００ｍｍ程度である。
熱伝導性シート１は、このような寸法であっても、破損しにくく、かつ高い熱伝導率を有する。
【００４４】
次に、熱伝導性シート１を製造する方法について説明する。
熱伝導性シート１は、例えば、下記（ａ）〜（ｃ）の工程を行うことにより製造することができる。
（ａ）ビニル基を有するシリコーン、過酸化物、シリコーンオイル及び熱伝導性フィラーを含有するシリコーン系組成物を調製する工程、
（ｂ）調製したシリコーン系組成物を成形する工程、及び、
（ｃ）成形されたシリコーン系組成物を架橋し、その後、シート状にスライス加工する工程。
【００４５】
まず、シリコーン系組成物を調製する工程（ａ）を行う。ここでは、例えば、ビニル基を有するシリコーン、有機過酸化物、シリコーンオイル及び熱伝導性フィラー、更には、必要に応じて添加する各種添加剤を２本ロールで練り込む等によってシリコーン系組成物を調製すれば良い。
このとき、各成分はマスターバッチの状態で供給しても良い。
【００４６】
次に、調製したシリコーン系組成物を成形する工程（ｂ）と、成形されたシリコーン系組成物（樹脂シート前駆体）を架橋し、その後、シート状にスライス加工する工程（ｃ）とを行う。
上記シリコーン系組成物の成形は、例えば、押出機を用いて行えば良い。
図３は、本実施形態に係る熱伝導性シートの製造で使用する押出機を模式的に示す図である。図３には、押出機の先端部分及びＴダイの断面概略図を示す。
押出機３０に投入された上記シリコーン系組成物は、スクリュー３４によって撹拌・混練され、流路３１に沿ってＴダイの第１ギャップ３２に導入される。
【００４７】
押出機３０で攪拌・混錬されたシリコーン系組成物は、まず、第１ギャップ３２によって上下方向（厚さ方向）にしぼり込まれて薄い帯状となる。第１ギャップ３２を通過するシリコーン系組成物にはせん断力が作用し、このとき、シリコーン系組成物中に混合されている熱伝導性フィラーがシリコーン系組成物の流れ方向（押出方向）に配向する。従って、第１ギャップ３２を通過して成形された厚さの薄い樹脂シート前駆体は、熱伝導性フィラーが当該前駆体の面方向に配向している。
【００４８】
第１ギャップ３２の隙間（図３中、上下方向の寸法）は、０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが好ましい。第１ギャップ３２の隙間が０．１ｍｍよりも小さいと、押出し圧力が不必要に上昇するだけでなく、樹脂詰まりが発生してしまうことがある。一方、第１ギャップ３２の隙間が５．０ｍｍよりも大きいと、上記薄い樹脂シート前駆体の面方向に対する熱伝導性フィラーの配向度が減少することがある。
【００４９】
熱伝導性フィラーが配向した上記薄い樹脂シート前駆体は、第１ギャップ３２を完全に通過すると、押出方向に限定されていたシートの流れ方向が解放されて、当該流れ方向が押出方向に対してほぼ垂直となる方向に変化する。これは、第１ギャップ３２を通過した後の流路３１の断面積が拡大し、流路３１の上下方向の長さが長くなるためである。
シートの流れ方向が押出方向に対してほぼ垂直となる方向に変化した上記薄い樹脂シート前駆体は、第１ギャップ３２を完全に通過した後、更に第２ギャップ３３に向かって押し出される。その結果、第２ギャップ３３内には、上記薄い樹脂シート前駆体が積層された状態の樹脂シート前駆体が形成される。その際に熱伝導性フィラーの多くは、第２ギャップ３３内の樹脂シート前駆体の厚さ方向（図３中、上下方向）に配向させられる。
【００５０】
その後、第２ギャップ３３を通過した樹脂シート前駆体を所定の条件で加熱することにより架橋を進行させ、シリコーンと熱伝導性フィラーを含む熱伝導性シートのブロックを作製する。また、樹脂シート前駆体を架橋させた後は、必要に応じて二次架橋を行っても良い。
最後に、熱伝導性シートのブロックを厚さ方向に垂直な方向にスライス加工する。その結果、所定の厚さを有し、熱伝導性フィラーが厚さ方向にほぼ配向した熱伝導性シート１を得ることができる。
【００５１】
このような、熱伝導性シート１の製造方法において、第２ギャップ３３の隙間は第１ギャップ３２の隙間の２倍以上３０倍以下であることが好ましい。第２ギャップ３３の隙間が第１ギャップ３２の隙間の２倍よりも小さい場合は、熱伝導性フィラー４の多くが熱伝導性シート１の厚さ方向に配向しなくなることがある。また、第２ギャップ３３の隙間が第１ギャップ３２の隙間の３０倍よりも大きい場合は、上記樹脂シート前駆体内に上記薄い樹脂シート前駆体が乱流した状態で積層した部分が生じやすくなり、その結果、熱伝導性シート１の厚さ方向に配向する熱伝導性フィラー４の割合が減少してしまうことがある。
第２ギャップ３３の隙間は第１ギャップ３２の隙間の５倍以上２０倍以下であることがより好ましい。
【００５２】
また、上記薄い樹脂シート前駆体が、第１ギャップ３２を通過した後、流路３１の上下方向において均等に流れやすくなるように、第１ギャップ３２における厚さ方向の中心位置と第２ギャップ３３における厚さ方向の中心位置とは、厚さ方向においてほぼ同一の位置にあることが好ましい。
【００５３】
また、第１ギャップ３２における開口部（第１ギャップとつながる部分）の形状は、特に限定されないが、上流側側面は圧力損失が少ないように傾斜面とすることが好ましい。また、第１ギャップ３２における開口部の下流側側面は、熱伝導性フィラーを効率良く上記樹脂シート前駆体の厚さ方向に配向させるために、傾斜角度（押出方向と傾斜面とのなす角度）を調整することが望ましい。当該傾斜角度は、１０°〜５０°が好ましく、２０°〜２５°がより好ましい。
【００５４】
第１ギャップ３２における開口部は、上下共に傾斜を有している必要はなく、どちらか一方のみが傾斜を有していても良い。
なお、第１ギャップ３２及び第２ギャップ３３の奥行（即ち、図３において紙面に垂直な方向における第１ギャップ３２及び第２ギャップ３３の寸法）は、Ｔダイの全体にわたってほぼ同一である。また、上記第１ギャップ及び上記第２ギャップの奥行は特に規定されず、熱伝導性シート１の製品幅に応じて種々の設計変更が可能である。
【実施例】
【００５５】
以下、実施例によって本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
表１に示した組成の通り、シリコーンオイル（信越化学工業株式会社製  ＫＦ−９６−３０ＫＣＳ）２００重量部、ビニル基含有シリコーンコンパウンド（東レ・ダウコーニング株式会社製  ＭＲ−５３）５．２５重量部、架橋剤として有機過酸化物（東レ・ダウコーニング株式会社製、ＲＣ−４  ５０Ｐ  ＦＤ：過酸化物含有量５０重量％）２．２５重量部、白金化合物を含むビニル基含有ポリジメチルシロキサン（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製  ＭＥ４００−ＦＲ）１０重量部、窒化ホウ素（デンカ株式会社製  ＸＧＰ、粒子径３０μｍ、アスペクト比９）６６４重量部、及び、窒化ホウ素（昭和電工株式会社製  ＵＨＰ−１Ｋ、鱗片状、粒子径８μｍ、アスペクト比４）６０．４重量部を２本ロールで練り込み、幅約１００ｍｍで、厚さ約１ｍｍのリボン状のシート（シリコーン系組成物）を作製した。
本実施例において、シート全体に対する窒化ホウ素の体積分率は約６０．０％であり、大粒径ＢＮフィラーと小粒径ＢＮフィラーとの体積比率は、大粒径ＢＮフィラー：小粒径ＢＮフィラー＝５５：５である。【００５６】
次に、作製したリボン状のシートをゴム用短軸押出機３０にて、１ｍｍの第１ギャップ及び１０ｍｍの第２ギャップを有する垂直配向金型を用いて（図３参照）、厚さ１０ｍｍのシート（ブロック）を作製し、１６０℃で４０分間の架橋処理を施した。
その後、得られたシートを厚さ方向に垂直な方向にスライス加工し、厚さ２００μｍのシートを作製した。更に、縦×横の寸法が４０ｍｍ×４０ｍｍになるように厚さ方向に沿って裁断し、熱伝導性シート１を完成した。【００５７】
（実施例２）
ビニル基含有シリコーンコンパウンド（ＭＲ−５３）の量を７．００重量部とし、架橋剤としての有機過酸化物（ＲＣ−４  ５０Ｐ  ＦＤ）の量を３．００重量部とした（表１参照）以外は、実施例１と同様にして熱伝導性シート１を作製した。【００５８】
（実施例３）
窒化ホウ素（ＸＧＰ）の量を６５０重量部とし、窒化ホウ素（ＵＨＰ−１Ｋ）の量を３５．０重量部とした（表１参照）以外は、実施例２と同様にして熱伝導性シート１を作製した。
本実施例において、シート全体に対する窒化ホウ素の体積分率は約５８．６％であり、大粒径ＢＮフィラーと小粒径ＢＮフィラーとの体積比率は、大粒径ＢＮフィラー：小粒径ＢＮフィラー＝５５．６：３である。【００５９】
（実施例４）
窒化ホウ素（ＸＧＰ）の量を７２６重量部とし、窒化ホウ素（ＵＨＰ−１Ｋ）の量を６４．０重量部とした（表１参照）以外は、実施例２と同様にして熱伝導性シート１を作製した。
本実施例において、シート全体に対する窒化ホウ素の体積分率は約６２．０％であり、大粒径ＢＮフィラーと小粒径ＢＮフィラーとの体積比率は、大粒径ＢＮフィラー：小粒径ＢＮフィラー＝５７：５である。【００６０】
（実施例５）
表１に示した組成の通り、ミラブルタイプのシリコーン（東レ・ダウコーニング株式会社製、ＤＹ３２−１００５Ｕ）１００重量部、ビニル基含有シリコーンコンパウンド（ＭＲ−５３）３．５０重量部、有機過酸化物（ＲＣ−４  ５０Ｐ  ＦＤ）１．５０重量部、白金化合物を含むビニル基含有ポリジメチルシロキサン（ＭＥ４００−ＦＲ）１０重量部、酸化鉄を含むシリコーン混和物（ＭＥ４１−Ｆ）１重量部、酸化鉄を含むシリコーン混和物（ＸＣ８７−９０５）５重量部、シリコーンオイル（信越化学工業株式会社製  ＫＦ−９６−３０００ＣＳ）１１５重量部、及び、窒化ホウ素（ＸＧＰ）５０５．５重量部を２本ロールで練り込み、幅約１００ｍｍで、厚さ約１ｍｍのリボン状のシートを作製した。
本実施例において、シート全体に対する窒化ホウ素の体積分率は約５０．０％である。
その後、得られたリボン状のシートを用いて、実施例１と同様にして、縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ２００μｍの熱伝導性シートを作製した。【００６１】
（比較例１）
表１に示した組成の通り、シリコーン（ＤＹ３２−１００５Ｕ）１００重量部、ビニル基含有シリコーンコンパウンド（ＭＲ−５３）１．７５重量部、有機過酸化物（ＲＣ−４  ５０Ｐ  ＦＤ）０．７５重量部、白金化合物を含むビニル基含有ポリジメチルシロキサン（ＭＥ４００−ＦＲ）１０重量部、酸化鉄を含むシリコーン混和物（ＭＥ４１−Ｆ）１重量部、酸化鉄を含むシリコーン混和物（ＸＣ８７−９０５）５重量部、シリコーンオイル（ＫＦ−９６−３０００ＣＳ）２００重量部、窒化ホウ素（ＸＧＰ）７６５重量部、及び、窒化ホウ素（ＵＨＰ−１Ｋ）７７．０重量部を２本ロールで練り込み、幅約１００ｍｍで、厚さ約１ｍｍのリボン状のシートを作製した。
本比較例において、シート全体に対する窒化ホウ素の体積分率は約５５．０％であり、大粒径ＢＮフィラーと小粒径ＢＮフィラーとの体積比率は、大粒径ＢＮフィラー：小粒径ＢＮフィラー＝５０：５である。
その後、得られたリボン状のシートを用いて、実施例１と同様にして、縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ２００μｍの熱伝導性シートを作製した。【００６２】
【表１】
0006754917.tif 000002
【００６３】
［評価試験］
（１）アスカーＣ硬度
実施例及び比較例における熱伝導性シートの製造工程において、架橋処理後、スライス加工する前のシート（ブロック）のアスカーＣ硬度を測定した。測定は、測定時間を３０秒後から１５秒後に変更した以外はＳＲＩＳ０１０１（日本ゴム規格協会）に準じてアスカーＣ硬度計で行った。【００６４】
（２）温度サイクル試験
実施例及び比較例で作製した熱伝導性シート１を治具に固定し、この状態で温度サイクル試験を行った。ここで、温度サイクル試験機としては、ＥＳＰＥＣ社製、ＴＳＡ４１Ｌを使用した。また、治具としては、図４に示した治具を使用した。図４は、本温度サイクル試験で使用した熱伝導性シートを挟持するための治具を示す断面図である。
治具５０は、下段プレート５１と、下段プレート５１に対して上下動可能に設けられた中段プレート５２と、中段プレート５２の上方にコイルバネ５４を介して設けられた上段プレート５３を備える。各プレート５１〜５３は、厚さ１０ｍｍで１００ｍｍ角のアルミ板（Ａ５０５２製）からなる。
下段プレート５１には、下端側及び上端側のそれぞれにネジ溝が設けられた４本の柱部材５５が取り付けられ、中段プレート５２及び上段プレート５３は４本の柱部材５５で支持されている。柱部材５５は、下段プレート５１の４隅に立設するように取り付けられている。そのため、下段プレート５１の４隅には、貫通孔５１ａが設けられるとともに下段ナット５６が固定されている。更に、４本の柱部材５５は、中段プレート５２及び上段プレート５３に設けられた貫通孔５２ａ、５３ａを挿通し、更に上段プレート５３の上側に設けられた円筒状のスペーサ５７も挿通している。柱部材５５の上端側には上段ナット５８が取り付けられている。
中段プレート５２と上段プレート５３との間にはコイルバネ５４が設置されている。中段プレート５２の貫通孔５２ａ、上段プレート５３の貫通孔５３ａには、ブッシュ５８が嵌め込まれている。【００６５】
このような治具５０を用いて温度サイクル試験を行った。
まず、厚さ０．２ｍｍの熱伝導性シート１を、厚さ１．０ｍｍで４ｍｍ角のＳＵＳ板６１（ＳＵＳ３０４製）２枚で挟み、更に、これを厚さ１０ｍｍで４ｍｍ角のアルミ板６２（Ａ５０５２製）２枚で挟み、この状態で下段プレート５１と中段プレート５２との間に設置した。
その後、所定の圧力が熱伝導性シート１に印加されるように、上段プレート５３を押し下げ、下段ナット５６及び上段ナット５８によって、上段プレート５３を所定の位置（高さ）に固定した。
熱伝導性シート１に印加する圧力は、コイルバネ５４の沈み込み量で制御した。
コイルバネ５４としては、まず、コイルスプリング（型式：ＳＷＬ４０−４５、バネ定数１１８Ｎ／ｍｍ）を使用し、このコイルバネ５４の沈み込み量が１４ｍｍとなる位置で上段プレートを固定した。この場合、１６５２Ｎの荷重を４０×４０ｍｍ（１６００ｍｍ２）のＳＵＳ板で受けるので、熱伝導性シート１への印加圧力（初期圧縮応力）は、１．０ＭＰａとなる。
その後、熱伝導性シート１を挟み込んだ治具５０を上記温度サイクル試験機に投入し、−４０℃３０分間、常温５分間、１５０℃３０分間を１サイクルとする温度サイクルを７０サイクル行い、試験後の熱伝導性シートの状態を目視観察した。【００６６】
また、実施例１〜４及び比較例１の熱伝導性シートについて、熱伝導性シート１に印加する圧力（初期圧縮応力）を２．０ＭＰａとして同様の温度サイクル試験を行った。この試験は加速試験として機能することができる。
このとき、コイルバネ５４としては、型式ＳＷＨシリーズのコイルスプリングを使用した。
印加圧力１．０ＭＰａで行った温度サイクル試験後、各熱伝導性シート１の厚さを測定端子径５ｍｍのダイヤルゲージで測定した。なお、厚さ測定は、破損やシワの発生等の変形が生じていない４隅付近及び中央付近の５箇所で行い、その平均値を算出した。【００６７】
（３）熱抵抗値
実施例及び比較例で作製した厚さ２００μｍの熱伝導性シート１を、直径３３ｍｍに裁断して測定サンプルを作製した。この測定サンプルの厚さ方向の熱抵抗値をＴＩＭ  ＴＥＳＴＥＲ  ＭＯＤＥＬ１３００を用いて測定圧力０．５ＭＰａ、サンプル温度２５℃で計測した。
計測された値を表２に示した。なお、当該測定は定常法にて米国規格ＡＳＴＭ  Ｄ５４７０に準拠した。【００６８】
（４）熱伝導性シートの破れの有無
上記（２）で行った温度サイクル試験後の熱伝導性シート１の状態を目視観察した。
結果を表２に示した。
熱伝導性シート１の状態は、下記に示す「◎」〜「××」の５段階で評価した。
また、評価基準の参考のため、図５（ａ）〜図５（ｅ）には温度サイクル試験後の熱伝導性シートを例示した。ただし、図５（ａ）〜図５（ｅ）に示す温度サイクル試験後の熱伝導性シートは、必ずしも実施例及び比較例で作製したものではない。【００６９】
（評価基準）
◎：形状変化なし（図５（ａ）参照）
〇：目視可能な形状変化あり（図５（ｂ）参照）
△：過大変形あり（図５（ｃ）参照）
×：重度な過大変形あり（図５（ｄ）参照）
××：シート破れを伴う過大変形あり（図５（ｅ）参照）【００７０】
【表２】
0006754917.tif 000003
【符号の説明】
【００７１】
１  熱伝導性シート
２  マトリックス成分
４  熱伝導性フィラー
１１  パワーモジュール
１２  ヒートシンク
３０  押出機
３１  流路
３２  第１ギャップ
３３  第２ギャップ
３４  スクリュー
５０  治具
【要約】
シリコーンと熱伝導性フィラーとを含有する樹脂組成物からなり、パワーモジュールとヒートシンクとの間に設けられる熱伝導性シートであって、前記熱伝導性フィラーは、アスペクト比が４以上であり、前記熱伝導性シート中の前記熱伝導性フィラーの含有量は、４０〜７０体積％であり、所定の条件で温度サイクル試験を行った際の熱伝導性シートの厚さ方向の圧縮量が１０〜２５％である、熱伝導性シート。【図１】
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【図２】
0006754917.tif 000005
【図３】
0006754917.tif 000006
【図４】
0006754917.tif 000007
【図５】
0006754917.tif 000008