(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラファイト粉末をゴム，熱可塑性樹脂，熱可塑性エラストマーのいずれかの母材に分散して形成された熱伝導性電磁波シールドシートであって、
前記グラファイト粉末は、ポリイミドフィルムを焼成して得られるグラファイトシートを粉末化したもので、平均粒子径が１０μｍのものと平均粒子径が２０μｍのものの混合粉末であり、
前記グラファイト粉末が前記母材に対して２０〜６０重量％充填されていることを特徴とする熱伝導性電磁波シールドシート。
【請求項２】
前記グラファイト粉末は、ポリイミドフィルムの５μｍから５００μｍの厚さのフィルムを２０００℃以上で焼成後、粉末化したことを特徴とする請求項１記載の熱伝導性電磁波シールドシート。
【請求項３】
前記グラファイト粉末に加えてアルミニウム窒化物あるいはアルミニウム酸化物、硼素窒化物を混合することを特徴とする請求項１又は２記載の熱伝導性電磁波シールドシート。
【請求項４】
片面又は両面に、絶縁膜あるいは絶縁フィルムを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱伝導性電磁波シールドシート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器や産業機器における熱の放熱や電磁波ノイズ防止の目的で使用される、熱伝導性の高分子組成物と熱伝導性電磁波シールド性の高分子組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコンをはじめとする小型電子機器、産業精密機器などに用いられるＣＰＵは、高性能化に伴い、発熱量が増大し、放熱、均熱などの熱問題が課題となっている。また、上記した機器よりの電磁波の発生防止あるいは、素子の電磁波のノイズ防止が課題となっている。
熱問題対策としては、柔軟性の不必要なところでは、Ａｌ板やＣｕ板が熱伝導や放熱の役目として用いられている。柔軟性の必要なところには、熱伝導性材料粉末が充填されたシリコーンゴムシートなどが用いられている。
【０００３】
充填材としては、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＮ、ＳｉＯ2、ＭｇＯなどの粉末や繊維状が用いられている。また、炭素系の充填材としてカーボンブラック、球状黒鉛粉末、炭素繊維などが用いられることが知られている。ただ、炭素系を用いた場合は、熱伝導性とともに電気伝導性も付与される。また、グラファイトシートのような熱伝導性シートと高分子フィルムなどを積層複合化した例が知られている。電磁波シールド性については、フェライトのような磁性粉末がゴムシート内に充填することによりつくられている。この場合は、熱伝導性シートと同様な使用法が可能である。ニッケル、銅などのメッシュ状などでも用いられている。
【０００４】
また、筐体自身を鉄、クロム、ニッケルなどの金属化合物を含んだ複合材料で作製したり、筐体内部に金属膜を蒸着法などにより設けることで、電磁波シールド効果がもたらされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
現在の、主にマトリックス樹脂として用いられている熱伝導性シートとしては、まだまだ特性改善の要望がある。例えば、熱伝導性、シートの柔軟性、用途、形状に合わせた加工性の容易さなどである。高熱伝導性、高電磁波シールド性のシートにおいては、添加剤の量が通常は多くなり、柔軟性や切断などの加工性が悪くなるという問題を有する。
本発明では、特殊なグラファイト粉末とゴム、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマーなどの母材との複合化において、材料組成を検討することにより、従来のものよりの熱伝導性、電磁波シールド特性の向上を図るとともに、使いやすさの改善を図った。また、粉末を充填すると、電気伝導性が付与されて絶縁性が悪くなり、電気機器回路周辺で用いられる場合は問題になることがある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明が講じた技術的手段は、ゴム、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマーなどの母材に分散する基本材料にグラファイト粉末を使用し、その中でもポリイミドフィルムを焼成することにより得られるグラファイトシートを粉末化したものである。
グラファイト粉末としては、天然のものから、人工の膨張黒鉛、球状黒鉛などが知られている。ポリイミドフィルムを焼成することにより得られるグラファイトシートは、構造的に、グラファイト構造（鱗片配列）が進んだものが得られ、熱伝導的にも優れたものが得られる。
【０００７】
シートは、作製条件によっては、柔軟性のあるものが得られるが、通常は固くてもろい。また、引き裂き強度が弱く裂けやすい。従って、グラファイトシートは樹脂シートなどと積層化することにより強度を補強して利用される。
グラファイト粉末を分散する母材としては、ゴム、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマーなどが用いられる。ゴムの中では、シリコーンゴムが特性的にも扱い易さの点でも優れている。要するに、グラファイト粉末の分散性がよく、熱伝導性の優れたものが得られやすい。
熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマーなどもゴムのかわりに用いられるが、耐熱性や柔軟性を要求される場合にはシリコーンゴムに劣る。典型的なものとしてはポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリエステル系の樹脂、エラストマーが用いられる。
【０００８】
上記母材にグラファイト粉末を分散する方法としては、溶媒を用いたり、あるいは溶媒を用いない液状で混合しても、あるいは固体を加熱溶融により混合しても、ローラーを用いて混練り混合してもよい。最終的な材料の硬さを調整したい場合は、適当に架橋材等を添加後、熱処理などを行い調整する。
グラファイト粉末の充填量は、グラファイト粉末単独では５〜６０重量％で目的の熱伝導性が得られ、２０重量％以上であると電磁波シールド性の顕著な効果がみられはじめ、６０重量％あたりが最大の効果がみられる。配合成分としては、グラファイト粉末を単独で配合する形態ばかりでなく、アルミニウム窒化物、アルミニウム酸化物、硼素窒化物等の無機粉末との混合で用いてもよい。更に、無機粉末を２種以上混合してもよい。無機粉末としては、上記以外のものを、分散性や寿命改善の目的で混合されることがあるが、本発明の目的である熱的特性や電磁波シールドの基本特性等が大きく影響を受けない範囲であれば何ら問題はない。母材に対するグラファイト粉末の充填量が６０重量％以上であると、シート形状に成形できにくくなり、目的のシートを得られない。
【０００９】
アルミニウム窒化物、硼素窒化物の粉末をシリコーンゴムに分散した場合に、粒径や粒の形状によって特性が異なるが、充填量に応じて熱伝導性はある量まではよくなるが、ある量で飽和する傾向となり、さらに添加すると均一分散できなくなり、成形体の機械的強度が極端に弱くなってしまう。
無機粉末で充填量を増やして、熱伝導性の改善をする場合、本発明でいうグラファイト粉末を混合することにより、その効果が期待できる。
【００１０】
グラファイト粉末を作製するポリイミドフィルムの厚さは５μｍから５００μｍ程度のものがよい。市販品を用いてもよいし、溶液をガラス板上に塗布後、加熱処理をしてフィルムを作製してもよい。
フィルムは厚すぎると、熱分解等の影響でグラファイト構造のきちっとしたものが得られにくい。薄すぎると、フィルムの剛性強度が弱く、粉砕時に取り扱いにくい。
粉砕は、ボールミリングやジェットミリング法を用いて行われる。粒径の大きさに分級は、粒度計の測定とミリングの条件により行った。
ある平均粒径と分布をもった単独のもので、平均粒径の異なったもの同士の比較、さらに平均粒径の異なったものの混合での比較を行ったところ、熱伝導性、電磁波シールド性につてもその影響があることがわかった。特に、平均粒径が１０μｍ以下のものと、平均粒径が２０μｍ以上のものを混合することが、効果的であった。平均粒径の異なったものを混合した方が、グラファイト粉末の母材への分散性を改善できる。その比率は、体積％で、１／９から９／１の範囲で効果がみられる。電気伝導性、電磁波シールド性についても平均粒径の異なったものを混合した方が、特性がよくなる。また、グラファイト粉末の平均粒子径の大きさは、１〜１００μｍが好適で、１００μｍ以上は母材の樹脂に充填しにくく、性能も低下し好ましくない。
更に、グラファイト粉末を含有した上記シートの何れか片面、又は両面に、絶縁膜又は絶縁フィルム等を積層（ラミネート）してもよい。
【００１１】
本発明の特徴は、一つには、グラファイト粉末をゴム，熱可塑性樹脂，熱可塑性エラストマーのいずれかの母材に分散して形成された熱伝導性電磁波シールドシートであって、前記グラファイト粉末は、ポリイミドフィルムを焼成して得られるグラファイトシートを粉末化したもので、平均粒子径が１０μｍのものと平均粒子径が２０μｍのものの混合粉末であり、前記グラファイト粉末が前記母材に対して２０〜６０重量％充填されていることを特徴とする。
また一つには、前述した特徴を有する熱伝導性電磁波シールドシートであって、前記グラファイト粉末は、ポリイミドフィルムの５μｍから５００μｍの厚さのフィルムを２０００℃以上で焼成後、粉末化したことを特徴とする。
また一つには、前述した特徴を有する熱伝導性電磁波シールドシートであって、前記グラファイト粉末に加えてアルミニウム窒化物あるいはアルミニウム酸化物、硼素窒化物を混合することを特徴とする。
また一つには、片面又は両面に、絶縁膜あるいは絶縁フィルムを設けたことを特徴とする。
【００１２】
以下に、本発明の実施形態を説明する。以下の説明における実施例１，実施例２，実施例３，実施例４，実施例５を参考例と読み替える。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の熱伝導性シートの実施例について説明し、同シートの熱伝導性、電磁波シールド特性の測定結果を以下に示す。
＜実施例１＞
厚さ５０μｍのポリイミドフィルムを、２６００℃で焼成してシート状グラファイトをまず作製した。このグラファイトシートを５ｍｍ角程度に鋏で切断後、ジェットミリング法により平均粒径１０μｍの粉末を作製した。
そして、そのグラファイト粉末をシリコーンゴム（ＤＹ３２−１００６Ｕ東レ・ダウコーニング社製）に重量％で、２０、３０、４０、５０、６０、７０を充填したものを作製し、熱伝導率の測定を行った。充填量が７０重量％のものは、粉末の不均一な分散不良がみられた。
熱伝導率（Ｗ／（m・K））の測定は、京都電子工業社製の迅速熱伝導率測定器ＱＴＭ−５００を用いて行った。
比較のために、球状黒鉛をシリコーンゴムに同量充填したものを製作し、同様に実験を行った。
結果を表１に示す。表１より、グラファイト粉末を充填したものが球状黒鉛を充填したものより、熱伝導率が優れていることが明らかである。しかも、グラファイト粉末の充填量が増えると、熱伝導率も向上することが理解できる。
【表１】
0004746803.tif 000002
【００１４】
＜実施例２＞
アルミニウム窒化物（AlＮ）を充填材として、同様にシリコーンゴムに３０、４０、５０、６０重量％を充填した場合の結果を表２に示す。さらに、それぞれに、５重量％の上記グラファイト粉末をさらに加えた時の結果を表２に示す。
表２から明らかなように、アルミニウム窒化物のみを充填したものより、グラファイト粉末を５重量％混合したものが、熱伝導率が向上されることがわかる。
【表２】
0004746803.tif 000003
【００１５】
＜実施例３＞
実施例１の試料を用いて、電磁波シールド性を(株)アドバンテスト社製シールド材評価機、および同社製スペクトラムアナライザＲ３２７３を用いて、１０ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚの範囲で測定した。その結果を表３に示す。
同表から明らかなように、球状黒鉛を充填したものより、グラファイト粉末を充填したものが電磁波シールド性に優れることがわかる。又、グラファイト粉末の充填量が増えると、電磁波シールド性も向上することが理解できる。
【表３】
0004746803.tif 000004
【００１６】
＜実施例４＞
グラファイト粉末を、ウレタン樹脂に重量％で、０、２０、３０、４０、５０、６０混合し、加熱・硬化させて試料を製作した。その試料の熱伝導率と電磁波シールド性能を測定した結果を表４に示す。同表から明らかなように、グラファイト粉末を充填する母材がウレタン樹脂でも、実施例１に示したリコーンゴムに充填したものと比較して、熱伝導率がそれほど違わないことがわかる。
【表４】
0004746803.tif 000005
【００１７】
＜実施例５＞
実施例１のグラファイト粉末を充填した試料に、厚さ０．０５ｍｍのＰＥＴフィルムをラミネートし、表面絶縁化したシートを作製した。
そのシートの熱伝導性、電磁波シールド特性を測定したところ、表５の通りであった。
グラファイト粉末を用いると母材が何であれ、電気伝導性が付与される。
【表５】
0004746803.tif 000006
【００１８】
＜実施例６＞
グラファイト粉末の平均粒径３、２０、５０、１００μｍで、充填率が５０％のものの熱伝導率及び電磁波シールド性能について比較を行った。この結果を表６に示す。
また、充填率は同じで、粒径の大きさの異なった粉末（平均粒子径１０μｍと２０μｍの２種）を混合をして作製した場合の結果を表７に示す。
【表６】
0004746803.tif 000007
【表７】
0004746803.tif 000008
【００１９】
【発明の効果】
本発明の熱伝導性電磁シールドシートは、軽いシート状で熱伝導性に優れ、且つ柔軟性や切断等の加工性に優れている。また、熱伝導性に加えて、電磁波シールド性に優れたシートを提供できる。更には、グラファイト粉末の分散性を改善でき、グラファイト粉末が均一に分散したシートを提供できる。そして、片面又は両面に絶縁膜や絶縁シートを設けることで、絶縁性を確保しながら、熱伝導性に優れたシートを提供でき、電気機器回路周辺でも安心して使用することが可能になる。