(57)【要約】【課題】  材料の選択が容易で、製造工程が簡素化されると共に、シート本体とコーティング層との間に相互作用を発揮することができ、剛性を向上させることができる放熱シートを提供する。【解決手段】  放熱シート１１は、シート本体１２上にコーティング層１３が設けられて構成されている。シート本体１２は、反応性シリコーンと水素化シランとの反応により得られるシリコーンゲルに熱伝導性フィラーを配合した配合物を混練し、混練物をシート化して得られる。コーティング層１３は、反応性シリコーンと水素化シランとの混合液をシート本体１２上にコーティングし、加熱することによって形成される。コーティング層１３を形成する混合液中の水素化シランは反応性シリコーンに対して反応当量より過剰に配合され、その過剰量の水素化シランがシート本体１２中の反応性シリコーンと反応し、シート本体１２の界面領域には硬化層１４が形成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応性シリコーンと水素化シランとの反応により得られるシリコーンゲルに熱伝導性フィラーを配合した配合物を混練し、混練物をシート化してなるシート本体上に、反応性シリコーンと水素化シランとの混合液をコーティングして形成されるコーティング層が設けられ、発熱部材上に配置されて使用される放熱シートであって、
前記コーティング層を形成する混合液中の水素化シランが反応性シリコーンに対して反応当量より過剰に配合されていることを特徴とする放熱シート。
【請求項２】
前記水素化シランの配合量は、反応性シリコーンに対する反応当量より過剰量で４倍当量以下である請求項１に記載の放熱シート。
【請求項３】
前記コーティング層は、放熱シートが発熱部材上に配置されるとき、発熱部材の反対側に位置するように構成されている請求項１又は請求項２に記載の放熱シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子機器におけるＣＰＵ（中央処理装置）のパッケージ等の発熱部材に貼着され、該発熱部材から発生する熱を外部へ放出するための放熱シートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の放熱シートは、反応性シリコーンと水素化シランとの反応により得られるシリコーンゲルに熱伝導性フィラーを配合して混練し、混練物がシート化されることによって形成されている（例えば、特許文献１を参照）。この基材表面にはシリコーンハードコート又はシリコーンワニスが塗布形成され、所定の柔軟性と剛性とを得ている。
【特許文献１】特開２００３−１３３７７０号公報（第２頁及び第３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、この種の放熱シートはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製の離型シートに貼着されており、使用時には放熱シートを離型シートから剥離して使用される。放熱シートの柔軟性が大きく、剛性がないと、使用時に放熱シートを離型シートから剥離しようとしたとき、その剥離作業が容易ではない。更には、離型シートから剥離された放熱シートを発熱部材に貼り付ける作業を行なう場合にも、貼着位置に正確に貼着しずらく、貼着作業性が悪い。一方、放熱シートが硬いと、放熱シートを発熱部材に貼り付けるときに発熱部材に余分な力が加わると共に、発熱部材と放熱シートとの間に隙間ができ、そこに空気層が形成されて放熱性能が低下する。
【０００４】
このような観点から前記特許文献１に記載の技術では、基材としてのシート本体表面にシリコーンハードコート又はシリコーンワニスを塗布してコーティング層を形成し、所定の柔軟性と剛性とを得ている。しかしながら、シート本体とコーティング層との材料が異なるため、別々の材料を用意する必要があると共に、シート本体及びコーティング層を各々硬化させる工程が必要で煩雑であるという問題があった。しかも、シート本体とコーティング層とが別個独立のもので、両者間に相互作用が得られないという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、材料の選択が容易で、製造工程が簡素化されると共に、シート本体とコーティング層との間に相互作用を発揮することができ、剛性を向上させることができる放熱シートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明の放熱シートは、反応性シリコーンと水素化シランとの反応により得られるシリコーンゲルに熱伝導性フィラーを配合した配合物を混練し、混練物をシート化してなるシート本体上に、反応性シリコーンと水素化シランとの混合液をコーティングして形成されるコーティング層が設けられ、発熱部材上に配置されて使用される放熱シートであって、前記コーティング層を形成する混合液中の水素化シランが反応性シリコーンに対して反応当量より過剰に配合されていることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２に記載の発明の放熱シートは、請求項１に記載の発明において、前記水素化シランの配合量は、反応性シリコーンに対する反応当量より過剰量で４倍当量以下である。
請求項３に記載の発明の放熱シートは、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記コーティング層は、放熱シートが発熱部材上に配置されるとき、発熱部材の反対側に位置するように構成されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項１に記載の発明の放熱シートによれば、シート本体とコーティング層とを形成する材料が同種であることから、材料の選択が容易で、製造工程が簡素化されると共に、シート本体とコーティング層との間に相互作用を発揮することができ、剛性を向上させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明の放熱シートによれば、請求項１に係る発明の効果を確実に発揮させることができる。
請求項３に記載の発明の放熱シートによれば、請求項１又は請求項２に係る発明の効果に加え、発熱部材側を軟らかくして発熱部材に対する密着性を向上させることができ、発熱部材と反対側に剛性をもたせて離型シートからの剥離作業性や発熱部材への貼着作業性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の放熱シート１１は、シート本体１２上にコーティング層１３が形成され、シート本体１２側が電子部品等の発熱部材の表面に貼着されて使用される。シート本体１２側の表面には図示しない粘着層が設けられ、非使用時には粘着層上にＰＥＴ製の離型シートが貼着されている。放熱シート１１の使用時には、離型シートを剥がして発熱部材に貼着できるようになっている。コーティング層１３の表面は非粘着性となり、放熱シート１１を手で取り扱いやすいようになっている。
【００１１】
シート本体１２は、反応性シリコーンと水素化シランとの反応により得られるシリコーンゲルに熱伝導性フィラーを配合した配合物を混練し、混練物をシート化して形成される。反応性シリコーンと水素化シランとの反応は付加反応であり、白金触媒（Ｐｔ）等の触媒の存在下に次の反応式（１）に従って進行する。反応性シリコーンは低粘性の液体であり、水素化シランも液体であって、反応後に柔軟性のあるゲル状のシリコーンとなる。
【００１２】
Ｒ−Ｓｉ−ＣＨ＝ＣＨ2＋ＨＳｉ→Ｒ−Ｓｉ−ＣＨ2ＣＨ2−Ｓｉ…（１）
但し、Ｒはシロキサン基等を表す。
得られるシリコーンゲルは、シリコーンゴムよりも架橋密度が低く、柔軟性があるため、電子部品等の発熱部材への追従性、密着性等に優れている。
【００１３】
熱伝導性フィラーとしては、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の金属酸化物、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の金属窒化物、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）等の金属炭化物、鉄、鉄合金、アルミニウム、銅、ニッケル等の金属、カーボン、グラファイト等が用いられる。電気絶縁性が要求される場合には、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物等を用いることが好ましい。熱伝導性フィラーの平均粒径は１〜５０μｍ程度のものが使用されるが、充填密度を高めて放熱シート１１の放熱性能を向上させるために、複数の平均粒径を有する熱伝導性フィラーを組み合わせて使用することが好ましい。前記配合物を混練する場合には、シリコーンゲルと熱伝導性フィラーとの混練性を高めるために、界面活性剤、シランカップリング剤、シリコーンオイル等の混練加工剤を配合することもできる。更に配合物には、ラテックス、ゴム配合物等の添加剤を含ませることができる。
【００１４】
配合物の組成としては、シリコーンゲル１００質量部に対して熱伝導性フィラーが好ましくは５００〜２０００質量部、より好ましくは５００〜１２００質量部である。熱伝導性フィラーが５００質量部未満の場合には放熱シート１１の放熱性能が低下し、２０００質量部を越える場合には配合物の混合性が低下してシート化が困難になりやすい。
【００１５】
以上の配合物は、ヘンシェルミキサー、プラネタリーミキサー等の混練装置によって混練される。混練条件は、例えば攪拌速度が６００〜８００ｒｐｍで、混練時間が３〜７分程度の条件で行なわれる。得られた混練物は、押出成形装置、ロール成形装置、プレス成形装置等の成形装置によりシート状に成形され、シート本体１２が製造される。シート本体１２の厚みは、０．５〜２．０mmであることが好ましく、１．０〜１．５mmであることがより好ましい。シート本体１２の厚みが０．５mm未満の場合又は２．０mmを越える場合には、放熱シート１１に適度な剛性が得られず、取扱い性が悪くなる。
【００１６】
前記コーティング層１３は、反応性シリコーンと水素化シランとの混合液をシート本体１２上にコーティングすることによって形成される。コーティング層１３を形成する混合液中には、水素化シランが反応性シリコーンに対して反応当量より過剰に配合されている。水素化シランが反応性シリコーンに対して反応当量以下である場合には、後述するように水素化シランがシート本体１２中に浸透されなくなって硬化層１４が形成されず、放熱シート１１について目的とする剛性を得ることができなくなる。また、その過剰量は、反応当量の４倍以下であることが好ましい。反応当量が４倍を越える場合には、硬化が不十分で液状のままとなりやすく、コーティング層１３が形成されにくくなる。
【００１７】
このように、コーティング層１３を形成する混合液中の水素化シランの配合量を反応性シリコーンの反応当量より過剰に設定することにより、過剰量の水素化シランがシート本体１２のコーティング層１３と接触する界面領域においてシート本体１２の反応性シリコーンと反応して硬化され、硬化層１４が形成される。この硬化層１４によって放熱シート１１に剛性が付与される。従って、放熱シート１１を離型シートから剥離するときに容易に剥離することができると共に、放熱シート１１を発熱部材へ貼着するときの貼着作業を容易に行なうことができる。一方、放熱シート１１の硬化層１４以外の部分は柔軟性を有していることから、放熱シート１１を発熱部材に貼着するときに発熱部材に負荷を与えることなく、発熱部材に密着させることができ、良好な放熱性能を発揮させることができる。
【００１８】
コーティング層１３の厚みは１０〜８０μｍであることが好ましい。この厚みが１０μｍ未満の場合には、前記硬化層１４の厚みも薄くなり、放熱シート１１の剛性が不十分となる。一方、８０μｍを越える場合には、硬化層１４の厚みが厚くなり、放熱シート１１の剛性が高くなり過ぎる傾向となる。
【００１９】
放熱シート１１の製造方法について説明すると、まず前記反応式（１）に基づく反応性シリコーンと水素化シランとの反応により得られるシリコーンゲルに熱伝導性フィラーを加えて配合物を調製する。そして、この配合物をヘンシェルミキサー等の混練装置で混練する。得られた混練物をロール成形装置等によってシート状に成形してシート本体１２を得る。得られたシート本体１２の表面に、反応性シリコーンと水素化シランとの混合液をコーティングする。その後、１８０〜２３０℃まで加熱してシート本体１２とコーティング層１３とを硬化させる。このようにして、シート本体１２上にコーティング層１３が設けられた放熱シート１１が製造される。
【００２０】
得られた放熱シート１１は、電子部品におけるＣＰＵ等の発熱部材と放熱器間に挟まれて使用される。この場合、シート本体１２を発熱部材上に配置し、コーティング層１３を発熱部材の反対側に配置することが好ましい。このような配置をとることにより、放熱シート１１を発熱部材へ貼着するときの作業性が良く、しかも発熱部材に対して放熱シート１１を良好に密着させることができる。放熱シート１１にはシリコーンゲルに熱伝導性フィラーが配合されているため、発熱部材から発生する熱が放熱器へと放熱される。
【００２１】
さて、放熱シート１１を製造する場合には、反応性シリコーンと水素化シランとの反応により得られるシリコーンゲルに熱伝導性フィラーを加えた配合物を調製し、その配合物を混練装置で混練し、得られた混練物を成形装置によって成形し、シート本体１２を製造する。このシート本体１２上には反応性シリコーンと水素化シランとの混合液をコーティングし、加熱硬化させることにより、シート本体１２上にコーティング層１３が形成された放熱シート１１が製造される。
【００２２】
このとき、コーティング層１３を形成する混合液は、水素化シランが反応性シリコーンに対して反応当量より過剰に配合されていることから、過剰量の水素化シランがシート本体１２の界面領域へと浸透する。一方、加熱硬化前のシート本体１２を構成するシリコーンゲルは完全には硬化されていないため、シリコーンゲル中には反応性シリコーンが残存している。そのため、シート本体１２の界面領域へ浸透した水素化シランは、残存する反応性シリコーンと反応して硬化層１４を形成し、その部分で剛性が高められる。
【００２３】
得られた放熱シート１１は、シート本体１２側が電子部品におけるＣＰＵ等の発熱部材上に貼着されて使用される。この場合、放熱シート１１にはシリコーンゲルに熱伝導性フィラーが配合されて構成されているため、発熱部材の稼動中に発生する熱を放熱シート１１を介して円滑に放出させることができる。
【００２４】
以上の実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
・  実施形態の放熱シート１１は、シート本体１２とコーティング層１３とを形成する材料がいずれも反応性シリコーンと水素化シランという同種のものであって、それらの反応により得られるシリコーンゲルを用いている。そして、シート本体１２上にコーティング層１３を形成する反応性シリコーンと水素化シランとの混合液をコーティングし、加熱して硬化することによってシート本体１２上にコーティング層１３が形成される。そのため、材料の選択が容易で、製造工程を簡素化することができる。しかも、コーティング層１３を形成する過剰な水素化シランがシート本体１２へ浸透してシート本体１２を構成するシリコーンゲル中の反応性シリコーンと反応して界面領域に硬化層１４が形成される。このため、シート本体１２とコーティング層１３との間に相互作用を発揮させることができ、両者間の結合力を高めることができると共に、放熱シート１１の剛性を向上させることができる。
【００２５】
・  上記の硬化層１４によって放熱シート１１に剛性が付与されるため、放熱シート１１を離型シートから剥離するときに容易に剥離することができると共に、放熱シート１１を発熱部材へ貼着するときの貼着作業を容易に行なうことができる。一方、放熱シート１１の硬化層１４以外の部分は柔軟性を有していることから、放熱シート１１を発熱部材に貼着するときに発熱部材に負荷を与えることなく発熱部材に密着させることができ、放熱性能を維持することができる。
【００２６】
・  放熱シート１１を発熱部材上に配置するとき、放熱シート１１のコーティング層１３を放熱シート１１が貼着される発熱部材の反対側に位置するように配置することにより、放熱シート１１の発熱部材側に柔軟性をもたせ、その反対側に剛性をもたせることができる。このため、発熱部材に対する放熱シート１１の密着性を向上させることができ、放熱シート１１を発熱部材へ貼着するときの作業性を向上させることができる。
【実施例】
【００２７】
以下に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態を更に具体的に説明する。
（実施例１〜４及び比較例１、２）
シート本体１２を得るために、反応性シリコーン５０質量部と水素化シラン５０質量部とを白金触媒の存在下で前記反応式（１）に従って反応させることによりシリコーンゲルを得た。反応性シリコーンとしては、Ｒが下記化学式（２）で表される官能基を有するものを用いた。
【００２８】
【化１】
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但し、ｎは３である。従って、反応性シリコーンの分子量は２９３．５である。
【００２９】
このシリコーンゲル１００質量部に熱伝導性フィラーとしてアルミナ１０００質量部を配合した配合物を混練装置で混練した。得られた混練物を押出成形装置で予備押出した後、ロール成形装置で厚み１．３mmのシート本体１２を得た。このシート本体１２に対し、反応性シリコーン（Ａ液）と水素化シラン（Ｂ液）とを表１に示す割合の混合液を調製してその混合液を前記シート本体１２表面にコーティングした。その後、２００℃で加熱して硬化させ、シート本体１２及びコーティング層１３よりなる放熱シート１１を得た。コーティング層１３の厚みは５０μｍであった。比較例１ではＡ液が９１質量部、Ｂ液が９質量部であり、この割合が反応性シリコーンと水素化シランとの反応当量を示している（共に同じ当量数である）。
【００３０】
得られた放熱シートについて剛性を次の方法によって測定し、その結果を表１に示した。
（剛性）
図２（ａ）に示すように、放熱シート１１の下面中央に直径１０mmの操作棒１５を置き、図２（ｂ）に示すように、その操作棒１５を一定の高さまで持ち上げて放熱シート１１をその両端が浮き上がるように撓ませたときの放熱シート１１の両端間の間隔ｄ（mm）を測定した。
【００３１】
【表１】
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表１に示したように、実施例１〜５では剛性が３０〜４０mmであり、比較例１の２７mmに比べて剛性を向上させることができた。また、実施例４では放熱シートは最も高い剛性を示し、剛性と柔軟性とを備え、最も良好であった。比較例２は未硬化で液状のままであった。
【００３２】
また、図２（ｃ）に示すように、放熱シート１１の剛性が最も高い実施例４の条件において、厚みが２．０ｍｍの厚いシート本体１２ａの場合には一定の剛性を示し（図中の実線）、そのシート本体１２ａ上にコーティング層１３を形成したときには更に剛性が高まり、そのときの間隔ｄ１は４５ｍｍとなる。一方、図２（ｄ）に示すように、実施例４の条件において、厚みが０．５ｍｍの薄いシート本体１２ｂの場合には剛性は低く（図中の実線）、そのシート本体１２ｂ上にコーティング層１３を形成したときには剛性が大きく向上し、そのときの間隔ｄ２は３５ｍｍとなる。従って、放熱シート１１の剛性を示す間隔ｄは３５〜４５ｍｍであることが好ましい。
【００３３】
尚、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・  コーティング層１３を形成する材料として、シート本体１２との結合力を向上させるためのシランカップリング剤等を配合したり、放熱性能を向上させるための熱伝導性フィラーを配合したりすることもできる。
【００３４】
・  前記化学式（２）で表される反応性シリコーンとして、トリス−（２−メトキシエトキシ）ビニルシラン、ビニルトリエトキシシラン等を用いることもできる。
・  コーティング層１３をシート本体１２の発熱部材側に配置されるように設け、発熱部材側の硬度を若干高めるように構成することもできる。
【００３５】
・  シート本体１２上に、反応性シリコーンと水素化シランとの混合液をコーティングした後に、加圧手段等により過剰な水素化シランのシート本体１２中への浸透性を高めるように構成することもできる。
【００３６】
更に、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
・  シート本体上に、反応性シリコーンと水素化シランとの混合液をコーティングした後に加熱することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の放熱シート。このように構成した場合には、シート本体のコーティング層との界面領域における硬化層の硬度を高めることができる。
【００３７】
・  反応性シリコーンと水素化シランとの反応により得られるシリコーンゲルに熱伝導性フィラーを配合した配合物を混練し、得られた混練物を成形装置でシート化してなるシート本体上に、反応性シリコーンとその反応当量より過剰な水素化シランとの混合液をコーティングし、加熱することによりシート本体上にコーティング層を設け、発熱部材上に配置されて使用される放熱シートを製造することを特徴とする放熱シートの製造方法。この製造方法によれば、適度な柔軟性及び剛性を兼ね備え、請求項１に係る発明の効果を発揮することができる放熱シートを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態における放熱シートを示す断面図。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は放熱シートの剛性の測定方法を示す概略説明図であり、（ａ）は測定前の状態を示す概略説明図、（ｂ）は測定時の状態を示す概略説明図、（ｃ）はシート本体が厚い状態を示す概略説明図、（ｄ）はシート本体が薄い状態を示す概略説明図。
【符号の説明】
【００３９】
１１…放熱シート、１２、１２ａ、１２ｂ…シート本体、１３…コーティング層。
【図１】
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【図２】
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