(57)【要約】【課題】熱伝導性及び保存安定性に優れた熱伝導性絶縁接着シートを提供すること。【解決手段】絶縁性の繊維で編んだ繊維クロスからなるシート状の基材２を熱伝導性フィラー４、４、・・・を混合してなる熱硬化型接着性樹脂の主剤１３ａに含浸乾燥して形成され、かつ前記シート状の基材２の繊維クロス表面における空隙率が繊維クロス体全面積の４０％以上である第１の層と、熱伝導性フィラー４、４、・・・を熱硬化型接着性樹脂の硬化剤１３ｂに混合してなる樹脂配合物から形成される第２の層とが、熱溶融性の樹脂層１４、１４を介して形成されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の繊維で編んだ繊維クロスからなるシート状の基材に、接着性樹脂に熱伝導性フィラーを混合してなる樹脂配合物が含有形成され、かつ前記シート状の基材は繊維クロスの平面における空隙率が繊維クロスの全体面積の４０％以上であることを特徴とする熱伝導性絶縁シート。
【請求項２】
絶縁性の繊維で編んだ繊維クロスからなるシート状の基材を熱伝導性フィラーを混合してなる熱硬化型接着性樹脂の主剤又は硬化剤の一方に含浸乾燥して形成され、かつ前記シート状の基材の繊維クロス表面における空隙率が繊維クロス体全面積の４０％以上である第１の層と、熱伝導性フィラーを熱硬化型接着性樹脂の主剤又は硬化剤の他方に混合してなる樹脂配合物から形成される第２の層とが、熱溶融性の樹脂層を介して形成されていることを特徴とする熱伝導性絶縁シート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子部品等の固定や巻止めに用いられる熱伝導性絶縁接着シートに関し、更に詳しくは、電子回路プリント基板やリレー実装基板へ電力を供給する金属製のポートなどに、放熱のためにアルミ製のヒートシンクなどを電気的な絶縁を維持しながら接合して、効率よく放熱するために用いられる熱伝導性絶縁接着シートの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子回路プリント基板やリレー実装基板上に実装される発熱量の大きい電子・電気部品には、熱による損傷や性能の低下を防止するため、例えばアルミニウムなどの熱伝導率の高い材料から形成されるヒートシンクを、熱伝導性接着シートにより接合して放熱・冷却する構成が広く用いられている。
【０００３】
この熱伝導性接着シートは、電子・電気部品とヒートシンクとの間の電気的な絶縁を維持しつつ高い熱伝導性を有している必要があるため、例えば不織布などの絶縁性のシート状の基材に、絶縁性の接着性樹脂に熱伝導率の高い材料からなる熱伝導性フィラーを混合した樹脂配合物を含浸し、その後乾燥して製造されるものがある（特許文献１参照）。このような熱伝導性絶縁接着シートは、例えば電子・電気部品とヒートシンクとの隙間を熱伝導率の高い樹脂配合物で充填して接合することにより、電子・電気部品が発する熱をヒートシンクに伝達して放熱するものである。
【０００４】
しかしながらこのような熱伝導性絶縁接着シートにおいては、基材の構造と製造される熱伝導性絶縁接着シートの熱伝導率の関係は必ずしも明確ではなく、所望の熱伝導率を有する熱伝導性絶縁接着シートを製造することは困難であった。
【０００５】
基材として不織布や繊維クロスを用いずに、熱伝導率の高い熱伝導性絶縁接着シートを提供する構成としては、例えばシートの基材として、空孔率が４０〜９０％で三次元微多孔貫通構造を有するように調製された樹脂からなる微多孔基材を用い、この基材の少なくとも片面に感圧性接着剤の層を形成するという構成が提案されている（特許文献２）。すなわち特許文献２に記載の構成は、基材を微多孔質に調製することにより熱伝導率を向上させるものであるが、この微多孔基材は、例えばポリオレフィンなどの樹脂を溶媒と混合し、混練・加熱溶融しながらシート状に形成した後一軸方向以上に延伸し、溶媒を抽出除去してヒートセット処理する方法などにより調製されるものであるため、基材の調製設備を要し生産コストも上昇する。
【０００６】
また、接着性樹脂としては主剤と硬化剤とを混合してなる熱硬化性樹脂を用い、電子・電気部品にヒートシンクを接合する際に加熱して硬化反応させて接着する構成が採用されているが、未使用状態であっても高温環境下では接着性樹脂の主剤と硬化剤との反応が進行する。このため、性能保証期間を維持するためには冷所で保存する必要があり、冷所で保存できない場合にはこの期間が短くなるため取扱いに不便であるという問題点を有している。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１６２８５５号公報
【特許文献２】特開２０００−２３０１５８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような事情に鑑み本発明が解決しようとする課題は、基材に適切な構造を有する繊維クロスを適用することにより熱伝導率の高い熱伝導性絶縁接着シートを提供すること、及び熱硬化性の樹脂を接着性樹脂として用いる場合において、保存安定性に優れ、かつ硬化速度が速く作業効率を向上させることができる熱伝導性絶縁接着シートを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため請求項１に記載の発明は、絶縁性の繊維で編んだ繊維クロスからなるシート状の基材に、接着性樹脂に熱伝導性フィラーを混合してなる樹脂配合物が含有形成され、かつ前記シート状の基材は繊維クロスの平面における空隙率が繊維クロスの全体面積の４０％以上であることを要旨とするものである。
【００１０】
かかる構成によれば、発熱性の電子・電気部品とヒートシンクを接合するとき、基材である繊維クロスの平面に投影した場合の空隙率が大きく、熱伝導率の高い樹脂配合物と接合する面積が増加する。このため発熱性の電子・電気部品から熱を伝達しやすくなり、効率よく放熱できる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、絶縁性の繊維で編んだ繊維クロスからなるシート状の基材を熱伝導性フィラーを混合してなる熱硬化型接着性樹脂の主剤又は硬化剤の一方に含浸乾燥して形成され、かつ前記シート状の基材の繊維クロス表面における空隙率が繊維クロス体全面積の４０％以上である第１の層と、熱伝導性フィラーを熱硬化型接着性樹脂の主剤又は硬化剤の他方に混合してなる樹脂配合物から形成される第２の層とが、熱溶融性の樹脂層を介して形成されていることを要旨とするものである。
【００１２】
かかる構成によれば、未使用で保存している間は接着性樹脂の主剤と硬化剤とが熱溶融性の隔膜を介して直接接触しないため、熱溶融性の隔膜が溶融する温度未満であれば常温より高い温度環境下であっても硬化反応が生じることはない。このため熱伝導性絶縁接着シートの保存安定性を向上させることができる。
【００１３】
そして、このような構造を有する熱伝導性絶縁接着シートを、電子・電気部品の間に挿入して加熱すると、熱溶融性の隔膜が溶融して接着性樹脂の主剤と硬化剤とが直接接触し、更に熱により硬化して、電子・電気部品とヒートシンクを接合することができる。そして請求項１に記載の発明と同様に、熱伝導性フィラーを混合した接着性樹脂により接合する面積が大きいため、電子・電気部品の発する熱を効率よくヒートシンクに伝達して放熱することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。本発明者らは所望の熱伝導効率を有する熱伝導性絶縁接着シートを製造するための基材となる繊維クロスの構造について研究した結果、繊維クロスを平面上に投影した場合における空隙率（シート面積における開口部分の割合。以下、単に空隙率と記す）が４０％以上であれば熱伝導の効率を向上させることができ、所望の熱伝導効率（例えば１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上）を有する熱伝導性絶縁接着シートが作成できることを知見したものである。
【００１５】
初めに、本発明に係る熱伝導性絶縁接着シートの各実施例について説明する。図１は本実施の形態に係る熱伝導性絶縁接着シートの構造を示した模式図であり、（ａ）はシートの面方向に平行に切断した断面図、（ｂ）はシートの面方向に垂直に切断した断面図である。図１に示されるように本実施の形態に係る熱伝導性絶縁接着シートは、接着性樹脂３に熱伝導性フィラー４、４、・・を混合してなる樹脂配合物が繊維クロス２に含浸されて形成される。
【００１６】
基材となる繊維クロス２は合撚繊維束から形成される布状の材料である。この繊維クロス２は熱伝導効率を向上させるため空隙率が４０％以上であり、シートの自立性（取扱い性）の観点から９０％以下であることが望ましい。また、繊維クロス２は絶縁性材料であれば材質は問わないが、例えば耐熱性を要求される用途においてはガラス繊維の他、ポリイミド繊維等を好適に用いることができる。
【００１７】
接着性樹脂３としては、熱硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型アクリル樹脂、熱硬化型フェノール樹脂、天然ゴム系の感圧接着剤を好適に用いることができる。
【００１８】
接着性樹脂３に混合される熱伝導性フィラー４、４、・・は、酸化アルミニウム、二酸化チタン、窒化ケイ素などを好適に適用することができる。製造される熱伝導性絶縁接着シートに適度な柔軟性を具備させる観点から、熱伝導性フィラー４、４、・・の粒径は１〜１００μｍの範囲にあり、混合する量は接着性樹脂３が１００体積部に対して５０〜２５０体積部の範囲にあることが望ましい。
【００１９】
このような構成によれば、基材となる繊維クロス２は空隙率が大きいため、接着した発熱性の部品とヒートシンク等の被着物同士が熱伝導性フィラー４、４、・・が混合された接着性樹脂３からなる樹脂配合物を介して接合する面積も大きくなり、発熱性の部品からヒートシンク等への熱伝導率を大きくして放熱性を向上させることができる。
【００２０】
この第１の実施の形態に係る構造として、実施例１、２及び比較例１、２にかかる熱伝導性絶縁接着シートの製造方法及び特性は以下の通りである。
【００２１】
（実施例１）
基材として、繊維束の幅が０．５ｍｍ、繊維密度が１２本／２５ｍｍ、空隙率が４６％、厚さが０．３ｍｍのガラス繊維クロスを用い、熱伝導性フィラーとして平均粒径が１０μｍのＡｌ２Ｏ３を用い、接着性樹脂としてビスフェノールＡ型系熱硬化型エポキシ樹脂配合物を用いた。そして接着性樹脂が１００体積部に対して熱伝導性フィラーを２００体積部混合した樹脂配合物を繊維クロスに含浸して乾燥させ、厚さ０．５５ｍｍの熱伝導性絶縁接着シートを作成した。作成された熱伝導性絶縁接着シートの熱伝導率は１．７Ｗ／ｍ・Ｋで、体積固有抵抗は４×１０１３Ω・ｃｍであった。
【００２２】
（実施例２）
基材として、繊維束の幅が０．３ｍｍ、繊維密度が１０本／２５ｍｍ、空隙率が７７％、厚さが０．２０ｍｍのガラス繊維クロスを用い、熱伝導性フィラーとして平均粒径が１０μｍのＡｌ２Ｏ３を用い、接着性樹脂としてビスフェノールＡ型系熱硬化型エポキシ樹脂配合物を用いた。そして接着性樹脂が１００体積部に対して熱伝導性フィラーを２００体積部混合させた樹脂配合物を繊維クロスに含浸して乾燥させ、厚さが０．２５ｍｍの熱伝導性絶縁接着シートを作成した。作成された熱伝導性絶縁接着シートの熱伝導率は２．７Ｗ／ｍ・Ｋで、体積固有抵抗は２×１０１３Ω・ｃｍであった。
【００２３】
（比較例１）
基材として繊維束幅が０．５ｍｍ、繊維密度が２０本／２５ｍｍ、空隙率が３０％、厚さが０．３ｍｍのガラス繊維クロスを用い、接着性樹脂としてビスフェノールＡ系熱硬化型エポキシ樹脂配合物を用い、熱伝導性フィラーとして平均粒径１０μｍのＡｌ２Ｏ３を用いた。そして接着性樹脂が１００体積部に対して熱伝導性フィラーを２００体積部混合させた樹脂配合物を基材の空隙及び両面に充填・塗布し、その後乾燥させて厚み０．５５ｍｍの熱伝導性絶縁接着シートを作成した。この熱伝導性絶縁接着シートの熱伝導率は０．６Ｗ／ｍ・Ｋ、体積固有抵抗は５×１０１３Ω・ｃｍであった。
【００２４】
（比較例２）
基材として、繊維束幅が０．５ｍｍ、繊維密度が３０本／２５ｍｍ、空隙率が３５％、厚さが０．２ｍｍのガラス繊維クロスを用い、接着性樹脂としてビスフェノールＡ系熱硬化型エポキシ樹脂配合物を用い、熱伝導性フィラーとして平均粒径１０μｍのＡｌ２Ｏ３を用いた。そして接着性樹脂が１００体積部に対して熱伝導性フィラーを２００体積部混合させた樹脂配合物を基材の空隙及び両面に充填・塗布し、その後乾燥させて厚さが０．３５ｍｍの熱伝導性絶縁接着シートを作成した。この熱伝導性絶縁接着シートの熱伝導率は１．０Ｗ／ｍ・Ｋ、体積固有抵抗は５×１０１３Ω・ｃｍであった。
【００２５】
図２は、第２の実施の形態に係る熱伝導性絶縁接着シートの構造を示した模式図であり、（ａ）はシートの面方向に平行に切断した断面図、（ｂ）はシートの面方向に垂直に切断した断面図である。なお、実施例１及び２と同一の構成物については同一の符号を付して示す。この第２の実施の形態に係る熱伝導性絶縁接着シート１１は、二液型の熱硬化型接着性樹脂の主剤１３ａに熱伝導性フィラー４、４、・・・を混合してなる樹脂配合物を基材である繊維クロス２に含浸して形成される層と、この層の表裏面に形成される熱溶融性樹脂の隔膜１４、１４の層と、この熱溶融性樹脂の隔膜１４、１４の層の表面に形成され、前記熱硬化型接着性樹脂の硬化剤１３ｂに熱伝導性フィラー４、４、・・・を混合してなる樹脂配合物の層を有する。
【００２６】
基材となる繊維クロス２は、熱伝導率の向上のため第１の実施の形態と同様に空隙率が４０％以上のものが適用される。また、熱伝導性フィラー４、４、・・・も同一のものを適用することができ、熱伝導性フィラー４、４、・・・の接着性樹脂の主剤１３ａ及び硬化剤１３ｂのそれぞれに対する混合体積部も同一とすることができる。また、接着性樹脂１３ａ、１３ｂとして、熱硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型アクリル樹脂、熱硬化型フェノール樹脂、天然ゴム系の感圧接着樹脂を好適に用いることができる。また、熱溶融性の隔膜１４、１４を形成する材料としては、例えばアルキルフェノール樹脂を適用することができる。
【００２７】
熱伝導性絶縁接着シート１１は、例えば接着性樹脂の主剤１３ａに熱伝導性フィラー４、４、・・・を混合してなる樹脂配合物を、シートの基材である繊維クロス２に含浸して乾燥させた後、その表面に熱溶融性の樹脂を塗布して隔膜１４、１４を形成し、更にその表面に、接着性樹脂の硬化剤１３ｂに熱伝導性フィラー４、４、・・・を混合した樹脂配合物を塗布して樹脂配合物の層を形成し、乾燥させることにより製造される。
【００２８】
このような構成を有する熱伝導性絶縁接着シート１１は、熱硬化型の接着性樹脂の主剤１３ａと硬化剤１３ｂとが直接接触しない構造であるため、未使用の状態においては主剤１３ａと硬化剤１３ｂとが硬化反応することがない。このため、熱溶融性の隔膜１４、１４を形成する樹脂の融点未満の温度であれば、常温より高い温度環境であっても長期間保存することができ、熱伝導性絶縁接着シートの保存安定性向上させることができる。
【００２９】
また、接着性樹脂が主剤１３ａと硬化剤１３ｂとの反応速度（硬化速度）が速い組合せであっても、保存安定性を低下させることなく適用することができる。このため、反応速度が速い組合せを用いれば、接着した際に必要強度が生じるまでの時間が短かく作業性の良い熱伝導性絶縁接着シートを提供することができるほか、様々な種類の熱硬化性の接着性樹脂から適宜選択して用途に応じた性質を有する熱伝導性絶縁接着シートを提供することができる。
【００３０】
なお、図２には、基材である繊維クロス２の両面に接着性樹脂の硬化剤１３ｂと熱伝導性フィラー４、４、・・・を混合した樹脂配合物の層を形成する構成を示しているが、片面にのみ形成する構成であっても良い。また、熱伝導性フィラーを混合した接着性樹脂の硬化剤からなる樹脂配合物を繊維クロスに含浸し、その表面上に熱溶融性樹脂の隔膜を形成し、更にその表面上に熱伝導性フィラーを混合した接着性樹脂の主剤からなる樹脂配合物の層を形成する構成であっても良い。
【００３１】
第２の実施の形態に係る熱伝導性絶縁接着シートの製造方法及び特性は以下の通りである。
【００３２】
（実施例３）
基材として、繊維束幅が０．５ｍｍ、繊維密度が１０本／２５ｍｍ、空隙率が６４％、厚さが０．３ｍｍのガラス繊維クロスを用い、接着性樹脂の主剤としてビスフェノールＡ系熱硬化型エポキシ樹脂とゴム成分からなる樹脂配合物を用い、接着性樹脂の硬化剤としてイミダゾール系硬化剤を用い、熱伝導性フィラーとして平均粒径１０μｍのＡｌ２Ｏ３を用いた。そしてこの接着性樹脂の主剤１００体積部に対して熱伝導性フィラーを２００体積部混合した樹脂配合物を基材の空隙及び両面に充填・塗布して乾燥させたシートを作製し、その両面に約８０℃で溶融するアルキルフェノール樹脂を塗布・乾燥して熱溶融性の隔膜を形成し、更にこの熱溶融性の隔膜の面上に、接着性樹脂の硬化剤１００体積部に対して熱伝導性フィラーを２００体積部混合した樹脂配合物を塗布して積層構造とした厚み０．５５ｍｍの熱伝導性絶縁接着シートを作成した。この熱伝導性絶縁接着シートを１００℃で加圧接着させたときのシートの熱伝導率は２．４Ｗ／ｍ・Ｋで、体積固有抵抗は４×１０１３Ω・ｃｍであった。
【００３３】
ちなみに次の表１は、上記実施例１、２、比較例１、２、及び実施例３によって作成した熱伝導性絶縁接着シートの調製条件及び物性値を示したものである。この表１から分かるように本実施例１、２、３、はいずれも熱伝導率１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上を示し、比較例１、２はいずれも熱伝導率１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であった。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
また、図３は、前記実施例１〜３及び比較例１、２に示した熱伝導性絶縁接着シートの空隙率と熱伝導率との関係を示したグラフである。これらの表及び図より、第１の実施形態においては、熱伝導率は実施例２が最も大きく、次いで実施例１、比較例２、比較例１の順に小さくなっており、空隙率の大きさの順に一致することが分かる。ここで、実施例１と実施例２とでは、繊維束幅及び繊維密度も実施例１の方が大きい繊維クロスが用いられており、このため空隙率は実施例１の方が小さいものであるが、比較例１と比較例２とでは、比較例２の方が繊維密度が大きいにもかかわらず繊維束幅が小さいため空隙率が大きいものである。このことから、熱伝導性絶縁シートの熱伝導率は、繊維クロスの繊維密度等にかかわりなく空隙率により決定されるものであるといえる。このように、基材の平面に投影した場合の空隙率をパラメータとして最適な構造とすることにより熱伝導性に優れた熱伝導性絶縁シートが得られたものと考察される。
【００３６】
第２の実施の形態に係る熱伝導性絶縁シートの取扱いの容易さを検討するため、アルミニウム板同士の間に本実施例に係る熱伝導性絶縁接着シートを挿入して加熱し硬化接着したところ、実施例３においては、数Ｎ／ｍｍ２のせん断接着強度を得るために必要な時間は、１２０℃で約４０分程度であったが、同様の測定を前記実施例１及び２に係る熱伝導性絶縁接着シートを用いて行ったところ１時間程度を要した。このことから、接着性樹脂の主剤と硬化剤とを熱溶融性の隔膜を介して直接接触しない構造とすれば、保存安定性を向上しつつ接着に要する時間が短く取扱いの容易な熱伝導性絶縁シートを提供できるものである。
【００３７】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変が可能である。例えば前記基材や熱伝導性フィラーの材質及び接着性樹脂の種類は例示であり、これら以外の公知の各種材料を適用することができる。また、第２の実施の形態においては熱硬化性の接着性樹脂を用いる例を記したが、いわゆる二液混合型の接着性樹脂であれば熱硬化性のものに限られることはなく、常温でも硬化反応が進行する接着性樹脂を適用することも可能である。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、基材として平面に投影した場合の空隙率が４０％以上の繊維クロスを用いることにより、被着物同士が熱伝導率の高い樹脂配合物を介して接合される面積も大きくすることができ、熱伝達の効率を向上させることができる。
【００３９】
請求項２に記載の発明によれば、未使用の状態では主剤と硬化剤との間で硬化反応が生じず、接着性樹脂の主剤と硬化剤との反応速度が熱伝導性絶縁接着シートの保存性に影響を与えることがないため、保存性を低下させることなく反応速度（硬化速度）の大きい主剤と硬化剤の組合せを適用することができる。このため、接着に要する時間が短く作業効率を向上させることのできる熱伝導性絶縁接着シートを提供することができる他、適用できる接着性樹脂の組み合わせの種類が広がるため、用途に応じた性質を有する熱伝導性絶縁接着シートを提供することが容易となる。
【００４０】
そして請求項１に係る発明と同様に、基材として平面に投影した場合の空隙率が４０％以上の繊維クロスを用いることにより、被着物同士が熱伝導率の高い樹脂配合物を介して接合される面積も大きくすることができ、熱伝達の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る熱伝導性絶縁接着シートの構造を示した模式図であり、（ａ）はシートの面方向に平行に切断した断面図、（ｂ）はシートの面方向に垂直に切断した断面図である。
【図２】第２の実施の形態に係る熱伝導性絶縁接着シートの構造を示した模式図であり、（ａ）はシートの面方向に平行に切断した断面図、（ｂ）はシートの面方向に垂直に切断した断面図である。
【図３】実施例１〜３及び比較例１、２の熱伝導性絶縁接着シートの熱伝導率を示したグラフである。
【符号の説明】
２  基材（繊維クロス）
４  熱伝導性フィラー
１１  熱伝導性絶縁接着シート
１３ａ  接着性樹脂の主剤
１３ｂ  接着性樹脂の硬化剤
１４  熱溶融性の隔膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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