(57)【要約】【課題】  一定方向において高い熱伝導性を発揮する成形体を提供する。【解決手段】  高分子材料３と酸化アルミニウム粉末２とを含む高分子組成物４から形成される熱伝導性成形体１において、該成形体１中において前記酸化アルミニウム粉末２のうちの少なくとも一部が六方晶構造を備える。前記酸化アルミニウム粉末２は、該成形体１中においてその六方晶構造の特定の結晶面が一定方向に沿って、配向されている。【選択図】      図１
2005139267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子材料と酸化アルミニウム粉末とを含む高分子組成物から形成される熱伝導性成形体であって、該成形体中において前記酸化アルミニウム粉末のうちの少なくとも一部が六方晶構造を備え、前記酸化アルミニウム粉末は該成形体中において、前記六方晶構造の特定の結晶面が一定方向に沿って、配向されている熱伝導性成形体。
【請求項２】
前記特定の結晶面は（００６）結晶面であり、該熱伝導性成形体の表面にＸ線を照射して得られるＸ線回折ピークにおいて、酸化アルミニウム粉末の（１１０）結晶面に基づくピーク強度Ｉ(110) と、酸化アルミニウム粉末の（３００）結晶面に基づくピーク強度Ｉ(300) と、（００６）結晶面に基づくピーク強度Ｉ(006) とから、下記式（１）により求められる配向度αが０．５０以上１．００以下である請求項１に記載の熱伝導性成形体。
配向度α＝（Ｉ(300) ＋Ｉ(006) ）／（Ｉ(110) ＋Ｉ(300) ＋Ｉ(006) ）  （１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の方向における熱伝導性が良好である熱伝導性成形体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器における高性能化、小型化、軽量化等に伴い、半導体パッケージやＬＳＩ等の電子部品は高密度実装化、高集積化されている。このようなことから、それらの電子部品において発生する熱が増大し、装置の故障の原因の一つとなっている。したがって、電子部品から発生した熱を効果的に外部へ放散させる放熱対策が非常に重要な課題となっている。
【０００３】
このような放熱対策として、プリント配線基板、半導体パッケージ、筐体などに用いられるヒートパイプ、放熱板、熱拡散板等の放熱部材には、金属、セラミックス、有機高分子組成物等の放熱性材料からなる熱伝導性成形体が適用されている。これらの高い熱伝導性を要求される熱伝導性成形体には、成形体中に高い熱伝導率を有するとともに電気絶縁性である酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素、石英、水酸化アルミニウム等の金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物等の粉末を充填させたものが実用化されている。
【０００４】
それらの中でも酸化アルミニウム粉末は、熱伝導性が高く、安定で分解されにくい上、比較的安価であるため様々な樹脂の熱伝導性成形体の充填材として広く使用されている。例えば、特許文献１では、球状の酸化アルミニウム粉末を使用した、高密度で柔軟性を有する熱伝導性シートからなる放熱スペーサが開示されている。特許文献２では、連続気泡を内包する軟質樹脂発泡体に熱伝導性粉末である酸化アルミニウム粉末などを含浸させ、加熱圧縮することにより、軽量で、かつ熱伝導性粉末が高密度に充填された熱伝導性シートおよびその製造方法が開示されている。また、熱伝導性の向上を目的として酸化アルミニウム粉末をポリフェニレンサルファイドなどの様々な樹脂に充填した材料の報告もある。
【特許文献１】特開２００２−２８０４９８号公報
【特許文献２】特開２００２−２５４４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これら従来の酸化アルミニウム粉末を有機高分子材料中に分散させた熱伝導性成形体においては、酸化アルミニウム粉末の粒度や製造方法を工夫して、酸化アルミニウム粉末を有機高分子材料中に分散させることにより、高い熱伝導率を有する成形体が提供されている。しかしながら、そのような成形体を製造する際、マトリックスである高分子材料に対して酸化アルミニウム粉末を高濃度に配合すると、得られる高分子組成物の粘度が上昇し、その組成物の成形が困難になるといった問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に着目してなされたもので、熱伝導性に関して異方性を有する酸化アルミニウム粉末が有機高分子中に分散されたシートにおいて、酸化アルミニウム粉末を一定方向に配向させることにより、優れた熱伝導性を発揮する熱伝導性成形体を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、高分子材料と酸化アルミニウ
ム粉末とを含む高分子組成物から形成される熱伝導性成形体であって、該成形体中において前記酸化アルミニウム粉末のうちの少なくとも一部が六方晶構造を備え、前記酸化アルミニウム粉末は該成形体中において、前記六方晶構造の特定の結晶面が一定方向に沿って、配向されていることを要旨とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項２に記載の熱伝導性成形体において、前記特定の結晶面は（００６）結晶面であり、該熱伝導性成形体の表面にＸ線を照射して得られるＸ線回折ピークにおいて、酸化アルミニウム粉末の（１１０）結晶面に基づくピーク強度Ｉ(110) と、酸化アルミニウム粉末の（３００）結晶面に基づくピーク強度Ｉ( 300) と、（０
０６）結晶面に基づくピーク強度Ｉ(006) とから、下記式（１）により求められる配向度αが０．５０以上１．００以下であることを要旨とする。
【０００９】
配向度α＝（Ｉ(300) ＋Ｉ(006) ）／（Ｉ(110) ＋Ｉ(300) ＋Ｉ(006) ）  （１）
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、高分子材料中に酸化アルミニウム粉末を分散させた熱伝導性成形体において、少なくとも一部の酸化アルミニウム粉末の特定の結晶面を一定方向に沿って配向させることにより、該成形体は前記結晶面に平行な方向において優れた熱伝導性を発揮することが可能である。
【００１１】
請求項２の発明によれば、高分子材料中に酸化アルミニウム粉末を分散させた熱伝導性成形体において、少なくとも一部の酸化アルミニウム粉末の特定の結晶面を一定方向に配向させ、その配向度が所定の範囲内の大きさであることにより、該成形体の前記結晶面に平行な方向においてさらに優れた熱伝導性を発揮することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明の熱伝導性成形体の一実施形態としてシート状に形成された熱伝導性成形体１を示している。図１（ａ）に示すように、熱伝導性成形体１は、高分子材料３中に分散された酸化アルミニウム粉末２を含んでいる。
【００１３】
本発明の熱伝導性成形体１に用いられる酸化アルミニウム粉末２の少なくとも一部は六方晶構造を有し、図１（ａ）に示すように、その特定の結晶面が一定方向に沿って配向されている。六方晶のα- 酸化アルミニウムでは、その結晶軸であるａ軸およびｂ軸に平行な結晶面、例えば（００６）結晶面（図１（ｂ）の面２ａ）に沿った方向の熱伝導率が、ｃ軸に沿った方向の熱伝導率に比べて高い。よって、熱伝導性成形体１において、高分子材料３中に分散された酸化アルミニウム粉末２を、高い熱伝導性を有する（００６）結晶面２ａが所望の熱伝導方向と平行となるように配向させることにより、所望の方向において高い熱伝導性を発揮させることが可能となる。図１（ａ）では（００６）結晶面２ａが熱伝導性成形体１の厚み方向と平行に配向されており、従って、この熱伝導性成形体１は、該成形体の厚み方向において高い熱伝導性を有する。
【００１４】
上記のような熱伝導性成形体１中における酸化アルミニウム粉末２の配向の度合い、すなわち配向度αは、熱伝導性成形体１の表面１ａにＸ線を照射して得られるＸ線回折ピークにおいて、酸化アルミニウム粉末の（００６）結晶面２ａに基づくピーク強度Ｉ(006) と、その（００６）結晶面２ａに直交する（１１０）結晶面（図１（ｂ）の面２ｂ）および（３００）結晶面（図１（ｂ）の面２ｃ）にそれぞれ基づくピーク強度Ｉ(110) およびＩ(300) とから、下記式（１）により求められる。この配向度αが０．５０以上１．００以下であることが好ましい。
配向度α＝(Ｉ(110) ＋Ｉ(300) )／（Ｉ(006) ＋Ｉ(110) ＋Ｉ(300) ）    （１）
【００１５】
熱伝導性成形体１の表面１ａにＸ線を照射した場合に得られる各結晶面の回折Ｘ線のピークの大きさは、そのＸ線を照射した表面１ａに対して平行に並んでいる結晶面が多く存在していることを示している。よって、式（１）によって定義される配向度αの値が大きいほど、熱伝導性成形体１の表面１ａと平行に並んだ酸化アルミニウムの（１１０）結晶面２ｂおよび（３００）結晶面２ｃが多く存在し、従って（１１０）結晶面２ｂおよび（３００）結晶面２ｃと直交する（００６）結晶面２ａは表面１ａに対して直交して存在するものが多いことを示している。
【００１６】
図４に、本発明の熱伝導性成形体の回折パターンの一例を示す。縦軸が回折Ｘ線強度である。図４の例において、（００６）結晶面２ａ、（１１０）結晶面２ｂ、および（３００）結晶面２ｃをそれぞれ示す回折ピーク強度を式（１）に適用すると、配向度α＝０．９９となる。これは、ほぼ全ての酸化アルミニウム粉末の（００６）結晶面２ａが成形体１の表面１ａに対して直交するように、すなわち（００６）結晶面２ａが所望の熱伝導方向に沿うように配向されていることを示している。以上のように求められる配向度αは、０．５０以上１．００以下であることが好ましい。配向度αが０．５０より小さいと熱伝導性充填剤である酸化アルミニウム粉末の（００６）結晶面２ａの配向が十分でなく、熱抵抗が大きくなり、熱伝導性成形体の熱伝導性が低下する。
【００１７】
本発明の熱伝導性充填剤である酸化アルミニウム粉末の形状は、鱗片状、扁平状、顆粒状、塊状、破砕状、棒状、柱状、三角柱状、直方体状、菱面体構造などの異方形状を有することが好ましい。この酸化アルミニウム粉末は２種以上の異なる形状を有してもよい。本発明に用いられる酸化アルミニウム粉末としては、一般に熱伝導性における異方性を顕著に示す六方晶構造を有することが多い鱗片状および扁平状の酸化アルミニウム粉末が最も好ましい。
【００１８】
また、酸化アルミニウム粉末とマトリックスである高分子材料との濡れ性の改善、酸化アルミニウム粉末の充填量の増量、およびマトリックスと酸化アルミニウム粉末との界面の剥離強度の改善を目的として、酸化アルミニウム粉末の表面をカップリング剤により処理することも可能である。
【００１９】
本発明の熱伝導性成形体１に配合される酸化アルミニウム粉末２の添加量は、高分子材料３を１００重量部とすると、５０重量部〜１２００重量部が好ましい。酸化アルミニウム粉末の添加量が５０重量部より少ないと、熱伝導性充填材である酸化アルミニウム粉末粒子同士の距離が大きくなるため、熱が伝導し難くなり放熱特性が低下する。また、１２００重量部を超えると、該アルミニウム粉末を高分子材料３中に配合することにより得られる高分子組成物４の粘度が増大するため、酸化アルミニウム粉末２をマトリックスである高分子材料３中に均一に分散させることが困難となる。酸化アルミニウム粉末２の添加量は、より好ましくは１００〜８００重量部、さらに好ましくは１２０〜５００重量部の範囲である。
【００２０】
本発明の熱伝導性成形体１に使用される酸化アルミニウム粉末２のアスペクト比および粒径については特に限定されるものではない。しかしながら、好ましいアスペクト比は１. ０〜６０、さらに好ましくは１. ５〜４５であり、好ましい平均粒径は０. ５μｍ〜２５０μｍ、さらに好ましくは１. ０μｍ〜６０μｍである。酸化アルミニウム粉末２のアスペクト比が６０よりも大きいと個々の粒子同士が絡み合う様に接触するため、該酸化アルミニウム粉末２を含む高分子組成物４の粘度が上昇し、成形が困難となる。酸化アルミニウムの粒径が０. ５μｍより小さい場合には、酸化アルミニウムとマトリックスである高分子材料３との接触面積が大きくなり熱伝導性が低下するので好ましくない。一方、酸化アルミニウム粉末２の粒径が２５０μｍより大きい場合には、粒子が嵩高くなり酸化ア
ルミニウムの配向が困難となる。なお、これらのアスペクト比ならびに粒径についてはレーザー回折方式による粒度分布測定およびフローセル式画像解析装置により測定した。
【００２１】
本発明の熱伝導性成形体１に使用される高分子材料３としては、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、硬化性樹脂、架橋ゴムなどの各種樹脂を用いることができる。中でも高分子材料として、低硬度の架橋ゴムや熱可塑性エラストマーを使用することにより、放熱体となる熱伝導性成形体１と発熱体との間に発生する熱抵抗が低下し、発熱体から熱伝導性成形体１へと効率よく熱を伝導することが可能となる。
【００２２】
次に本発明に用いられる高分子材料３について詳細に説明する。
高分子材料３としては、目的とする熱伝導性成形体１の機械的性質、熱的性質、光学的性質、電気的性質、耐久性、信頼性などの要求性能に応じて、例えば、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、各種硬化性樹脂、架橋ゴム及びその類似物などを好適に用いることができる。具体的な熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体などのエチレン−α−オレフィン共重合体、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリフッ化ビニリデンやポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリフェニレンエーテル及び変性ＰＰＥ樹脂、脂肪族及び芳香族ポリアミド類、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリメタクリル酸及びそのメチルエステルなどのポリメタクリル酸エステル類、ポリアクリル酸類、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルケトン、ポリケトン、液晶ポリマー、シリコーン樹脂、アイオノマー等が挙げられる。
【００２３】
具体的な熱可塑性エラストマーとしては、スチレン−ブタジエン又はスチレン−イソプレンブロック共重合体とその水添ポリマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー等が挙げられる。
【００２４】
具体的な硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ビスマレイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミドシリコーン樹脂、熱硬化型ポリフェニレンエーテル及び変性ＰＰＥ樹脂等が挙げられる。
【００２５】
具体的な架橋ゴム及びその類似物としては、天然ゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、ニトリルゴム、水添ニトリルゴム、クロロプレンゴム、エチレン−プロピレンゴム、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン、ブチルゴム及びハロゲン化ブチルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、液状ゴム等が挙げられる。また、これらの高分子材料は、一種を単独で用いても、二種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。さらに、これらの高分子材料のうちから選択される複数の高分子材料からなるポリマーアロイを使用してもよい。
【００２６】
本発明の熱伝導性成形体１においては、耐熱性などの温度特性や電気的信頼性の観点から、上記高分子材料の中でもシリコーンゴム、エポキシ、ポリイミド、ポリウレタン、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリエステルのうちから選択される少なくとも１種類の高分子材料を用いることが好ましい。
【００２７】
なお、硬化性樹脂又は架橋ゴムの架橋方法については、特に限定されず、熱硬化法、光硬化法、湿気硬化法、放射線又は電子線照射法などの公知の架橋方法を採用することができる。
【００２８】
さらに、本発明の熱伝導性成形体１において、前記酸化アルミニウム粉末に加えて、補助的な熱伝導性充填材として、他の粉末状の金属充填材やセラミックス充填材などを併用してもよい。
【００２９】
また、熱伝導性成形体１を形成する高分子組成物４には、粘着性付与剤、難燃剤、劣化防止剤などのほか、該高分子組成物４の粘度を低下させるために、揮発しやすい有機溶媒や反応性可塑剤など常用の各種添加剤を添加してもよい。有機溶媒を混合することにより、高分子組成物４中において熱伝導性充填材である酸化アルミニウム粉末を高濃度に充填することができ、高い熱伝導性を有する熱伝導性成形体を得ることができる。有機溶媒の具体例としては、高分子材料との相溶性が良好であれば何れでもよく、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、メタノール、ブタノール、イソブチルアルコール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸イソプロピル、乳酸エチル、酢酸グリコーモノエチルエーテル等のエステル類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、グリコールジメチルエーテル、グリコールモノエチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類、ベンゼン、トルエン、キシレン、クレゾール、スチレンなどの芳香族炭化水素類、塩化メチレン、四塩化炭素、クロロホルム、クロルベンゼン、ジクロルベンゼンなどの塩化炭化水素類、Ｎ, Ｎ- ジメチルホルムアミド、ヘキサン、シクロヘキサン等が挙げられる。これらの有機溶媒は単独で用いられてもよいし、２種類以上を組み合わせて用いられてもよい。
【００３０】
これらの有機溶媒は、混練した溶融状態もしくは液体状態にある高分子組成物４中において酸化アルミニウム粉末を均一に分散させ、磁場中で酸化アルミニウムを配向させ、該高分子組成物４を固化もしくは硬化させた後、減圧や加熱などにより取り除かれる。高分子組成物４中の溶媒の含有量は、含まれる高分子材料の１００重量部に対して、５〜１０００重量部が好ましい。溶媒の含有量が５重量部未満では、溶媒の含有量が少ないため、粘度を低下させる効果が得られない。 溶媒の含有量が１０００重量部以上では、溶媒の
含有量が多いため、成形が困難となる。
【００３１】
本発明の熱伝導性成形体１は、高分子材料３からなるマトリックス中において熱伝導性充填材である酸化アルミニウム粉末２の結晶構造が一方向に配向した熱伝導性成形体である。高分子材料３中において酸化アルミニウム粉末２の結晶構造を一定方向に配向させる方法としては、プレス、押出し、射出成形等の高分子材料の流動場やせん断場等を利用して、酸化アルミニウム粉末２を機械的に配向させる方法がある。また、同様な配向の方法としては、電場、磁場などを利用して、酸化アルミニウム粉末２の結晶構造における電気的、磁気的異方性により、該粉末２を配向させる方法も挙げられる。中でも磁場により配向させる方法は、形成する熱伝導性成形体１の厚みの影響を受けることなく熱伝導性成形体１の内部まで酸化アルミニウム粉末２を配向させることができるため最も好ましい。
【００３２】
酸化アルミニウム粉末２は、磁気異方性を有するため、磁場により配向制御することができる。この磁気異方性の大きさは、結晶構造における任意のある方向の磁化率（χ//）とそれに直交する方向（χ⊥）の磁化率の差である異方性磁化率（Δχ＝χ//−χ⊥）で示される。したがって、高分子組成物４中において酸化アルミニウム粉末２を磁場により配向させるためには、等方的な結晶構造を有する立方晶を除く結晶構造を有する酸化アルミニウム粉末を用いることが好ましく、中でも六方晶構造を有するα- 酸化アルミニウム粉末を用いることが好ましい。
【００３３】
ここで、六方晶のα- 酸化アルミニウム粉末の配向について詳細に説明する。反磁性体である酸化アルミニウム粉末に磁場を印加すると、ｃ軸に平行な結晶面、例えば（１１０）結晶面２ｂや（３００）結晶面２ｃは磁力線に対して平行に配向し、一方、ａ軸およびｂ軸に平行な結晶面、例えば（００６）結晶面２ａは磁力線に直交して配向する。六方晶のα- 酸化アルミニウム粉末においては、ａ軸およびｂ軸に平行な結晶面に沿った方向における熱伝導性が、ｃ軸に平行な方向における熱伝導性よりも高い。よって、高分子材料３中に六方晶のα- 酸化アルミニウム粉末２が分散された熱伝導性成形体１において、成形体の所望の熱伝導方向と磁力線が直交するように磁場を印加すると、六方晶のα- 酸化アルミニウム粉末２はその（００６）結晶面２ａが成形体１の熱伝導方向と平行となるように配向する。従って、該熱伝導方向において高い熱伝導性を有する熱伝導性成形体１が得られる。
【００３４】
次に本発明の熱伝導性成形体の製造方法について詳細に説明する。
熱伝導性成形体１を製造するためには、まず所定量の酸化アルミニウム粉末２と高分子材料３とを混合して高分子組成物４を調製する。その高分子組成物４を溶融状態もしくは液体状態にし、所定形状に賦形し、磁場雰囲気中で酸化アルミニウム粉末２を配向させた後、該高分子組成物４を固化または硬化させることにより熱伝導性成形体１が得られる。
【００３５】
本発明の熱伝導性成形体を形成する高分子組成物４は、高分子材料３に所定量の酸化アルミニウム粉末２を添加し、通常のブレンダー、ミキサー、ロール、押し出し機などの混合装置または混練装置を使用して混合することにより調製される。その際、必要に応じて、脱泡工程を追加してもよい。得られた熱伝導性の高分子組成物４は、圧縮成形、押出成形、射出成形、注型成形、ブロー成形、カレンダー成形などの方法によって任意の形状に成形される。得られた高分子組成物４が液状である場合には、塗装、印刷、ディスペンサー、ポッティングなどの方法などにより任意の形状に賦形される。
【００３６】
所定形状を有する状態で高分子組成物４を加熱溶融させて液状とするか、もしくは既に液体の状態にある高分子組成物４を、磁場発生装置によって一定方向の磁場が発生している雰囲気中に静置し、該高分子組成物４を硬化、架橋、または固化させることにより、酸化アルミニウム粉末の結晶面を一定方向に配向させることができる。
【００３７】
具体例として、図２に、シート状の熱伝導性成形体１の厚み方向（図１のｚ軸方向）と酸化アルミニウム粉末２の（００６）結晶面２ａとが平行となるように、酸化アルミニウム粉末２を配向させ、成形体１の厚み方向における熱伝導性を向上させた熱伝導性成形体１の製造方法を示す。まず、図２（ａ）に示すように、熱伝導性充填材である鱗片状の六方晶α- 酸化アルミニウム粉末２を高分子材料中に分散させた高分子組成物４を調製し、その高分子組成物４を成形型５のキャビティ５ａ内に充填する。図２（ａ）から分かるように、この状態においては、高分子組成物４中の六方晶α- 酸化アルミニウム粉末２の（００６）結晶面２ａは様々な方向に向いている。次に、図２（ｂ）に示すように、磁場発生装置として、熱伝導性成形体１の表面（図１におけるＹ軸方向）と磁力線７が平行になるように一対の永久磁石６をＮ極とＳ極とを対向させて、前記成形型５の両側に配置する。それにより、キャビティ５ａ内の高分子組成物４に磁場を印加する。すると、高分子組成物４中の酸化アルミニウム粉末２が六方晶α- 酸化アルミニウムである場合には、そのａ軸およびｂ軸に平行な結晶面である（００６）結晶面２ａが磁力線７と直交するように、すなわち、シートの厚み方向と平行に配向され、（１１０）結晶面２ｂまたは（３００）結晶面２ｃのいずれかが成形体１の表面と平行に配向される。次に、高分子組成物４中の酸化アルミニウム粉末を配向させた状態のまま、該高分子組成物４を固化させると、熱伝導性成形体を得ることができる。
【００３８】
前記磁場の磁束密度は1 〜１５テスラ、より好ましくは２〜１５テスラである。印加する磁場の磁束密度が１テスラ未満である場合には、酸化アルミニウムの配向が十分ではなく、良好な熱伝導性が得られない。また、１５テスラ以上の磁束密度を有する磁場を印加するには大規模な装置が必要となるため、そのような磁場は実用上好ましくない。磁束密度が１５テスラ以上である磁場で配向が生じない場合は、高分子組成物中の酸化アルミニウム粉末の濃度が高すぎ、粉末が互いに接触して配向を阻害していることが考えられる。この場合、その高分子組成物に揮発性溶剤を添加して酸化アルミニウム粉末の濃度を低下させ、配向後に溶剤を揮発させ除去することによって、酸化アルミニウム粉末の配向を促進させることもできる。
【００３９】
磁場発生装置は、特に限定されず、たとえば、超伝導磁石、永久磁石、電磁石、コイルなどが用いられる。
以下において、本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００４０】
（実施例１）
付加型の液状シリコーンゴム（東レ・ダウ・コーニングシリコーン株式会社製）１００重量部に、六方晶結晶が規則正しく積層している鱗片状の酸化アルミニウム粉末（ＹＫＫ製、平均粒径１０μｍ、アスペクト比３０）５０重量部を混合した高分子組成物４を調製した。厚み２ｍｍ×縦５０ｍｍ×横５０ｍｍのシート形状に対応するキャビティ５ａを有する成形型５内に該高分子組成物４を充填する。その高分子組成物４に対して、図２（ｂ）に点線の矢印で示すように成形体の表面に沿い、超伝導磁石によって磁束密度１０テスラの磁場を印加して、高分子組成物４中の酸化アルミニウム粉末を十分配向させた後、この高分子組成物４を加熱硬化させて熱伝導性成形体１を得た。得られた熱伝導性成形体１（厚み２ｍｍ×縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ）についてＸ線回折装置（マックスサイエンス社製、Ｍ１８ＸＨＦ２２−ＳＲＡ）によりＸ線回折測定を行い、得られた各結晶面のＸ線回折強度から式（１）により配向度αを算出した。また、得られた熱伝導性成形体１について熱抵抗値を測定した。この測定には、図７に示した測定装置を用いた。図７の装置において、まず、断熱材１４を介して台座１６上に載置されたヒータ１１（発熱量Ｑ：４Ｗ）上に各熱伝導性成形体の試験片１０（サイズ：厚み２ｍｍ×縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ）を配置する。次に、ロードセル１２を介したシリンダー１３の作用により台座１６を上昇させることによって、試験片１０は、外枠（図示せず）に固定されたヒートシンク９（株式会社アルファ製  ＦＨ６０−３０）に一定の荷重（２ｋｇｆ／ｃｍ２）で圧接される。ヒートシンク９の上部にはファン８（風量：０．０１（ｋｇ／ｓｅｃ）、風圧：４９（Ｐａ））が取り付けられており、ヒートシンク９およびヒータ１１には温度センサ１５が接続されている。この状態においてヒータ１１に通電する。１０分経過後、ヒータ１１の温度（θｊ１）およびヒートシンク９の温度（θｊ０）を測定し、それらの測定値を下記式に適用することにより熱抵抗値を算出した。尚、上記熱抵抗値と熱伝導率との間には下記の関係が成立し、熱抵抗値を熱伝導率に換算することが可能である。
【００４１】
熱抵抗値＝（θｊ１−θｊ０）／発熱量Ｑ
＝試験片の熱通過方向における厚み／（試験片の熱通過断面積×熱伝導率）
表１に示すように、得られたシート状熱伝導性成形体１の熱抵抗値は、５．２℃／Ｗであり、配向度αは０．９９であった。
【００４２】
（実施例２）
実施例１と同一の付加型液状シリコーンゴム（東レ・ダウ・コーニングシリコーン株式会社製）と、鱗片状の酸化アルミニウム粉末（ＹＫＫ製、平均粒径１０μｍ、アスペクト比３０）とを用いて、酸化アルミニウム粉末の配合量を１００重量部に変更した以外は、実施例１と同様の方法で高分子組成物４を調製し、熱伝導性成形体１を得た。得られた各
シート状熱伝導性成形体について、実施例１と同様の方法で熱抵抗値および配向度αを求めた。表１に示すように、得られたシート状の熱伝導性成形体１の熱抵抗値は、４．４℃／Ｗであり、配向度αは０．９９であった。
【００４３】
（実施例３）
実施例１と同一の付加型液状シリコーンゴム（東レ・ダウ・コーニングシリコーン株式会社製）と鱗片状の酸化アルミニウム粉末（ＹＫＫ製、平均粒径１０μｍ、アスペクト比３０）とを用いて、酸化アルミニウム粉末の配合量を１５０重量部に変更した以外は、実施例１と同様に高分子組成物４を調製し、熱伝導性成形体１を得た。得られた各シート状熱伝導性成形体について、実施例１と同様の方法で熱抵抗値および配向度αを求めた。表１に示すように、得られたシート状の熱伝導性成形体の熱抵抗値は、４．２℃／Ｗであり、配向度αは０．９４であった。
【００４４】
（実施例４）
実施例１と同一の付加型の液状シリコーンゴム（東レ・ダウ・コーニングシリコーン株式会社製）１００重量部に、同じく実施例１と同一の六方晶系の鱗片状の酸化アルミニウム粉末（ＹＫＫ製、平均粒径１０μｍ、アスペクト比３０）１００重量部と、溶媒としてトルエン５０重量部とを混合した高分子組成物４を調製した。該高分子組成物４を実施例１と同様の方法で、成形し、磁場配向させた後、この高分子組成物４を加熱硬化させ、成形型の圧縮を解除して加熱により溶媒を除去することにより、熱伝導性成形体１を得た。得られた各シート状熱伝導性成形体について、実施例１と同様の方法で熱抵抗値および配向度αを求めた。表１に示すように、得られたシート状熱伝導性成形体１の熱抵抗値は、３．９℃／Ｗであり、配向度αは０. ９９であった。
【００４５】
（実施例５）
一液性のエポキシ樹脂（株式会社スリーボンド製）１００重量部に、六方晶系の鱗片状の酸化アルミニウム粉末（ＹＫＫ製、平均粒径１０μｍ、アスペクト比３０）１００重量部を混合した高分子組成物４を調製した。この高分子組成物４を実施例１と同様に成形し、磁場配向させた後、加熱硬化させて、熱伝導性成形体１を得た。得られた各シート状熱伝導性成形体１について、実施例１と同様の方法で熱抵抗値および配向度αを求めた。表１に示すように、得られたシート状の熱伝導性成形体１の熱抵抗値は、４．５℃／Ｗであり、配向度αは０．９５であった。
【００４６】
（実施例６）
付加型の液状シリコーンゴム（東レ・ダウ・コーニングシリコーン株式会社）１００重量部に、六方晶結晶が不規則に並んだ不定形のα−酸化アルミニウム粉末（昭和電工製、平均粒径５μｍ）１００重量部を混合した高分子組成物４を調製した。この高分子組成物４を実施例１と同様に成形し、磁場配向させた後、加熱硬化して、熱伝導性成形体１を得た。得られた各シート状熱伝導性成形体について、実施例１と同様の方法で熱抵抗値および配向度αを求めた。図５に実施例６のＸ線回折パターンを示す。表１に示すように、得られたシート状の熱伝導性成形体１の熱抵抗値は、５．４℃／Ｗであり、配向度αは０．５１であった。
【００４７】
【表１】
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（比較例１〜６）
表２に示した比較例１〜６の各組成を有する高分子組成物４をそれぞれ調製した。各高分子組成物４を実施例１〜６と同様に、厚み２ｍｍ×縦５０ｍｍ×横５０ｍｍのシート形状に対応するキャビティ５ａを有する成形型５内に充填し、磁場を印加せずに加熱硬化させた。得られた各シート状熱伝導性成形体について、実施例１と同様の方法で熱抵抗値および配向度αを求めた。一例として、図６に比較例２のＸ線回折パターンを示した。各比較例の熱抵抗値および配向度αを表２にまとめた。
【００４８】
【表２】
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（比較例７〜１２）
表３に示した比較例７〜１２の各組成を有する高分子組成物４をそれぞれ調製した。各高分子組成物４を実施例１〜６と同様に、厚み２ｍｍ×縦５０ｍｍ×横５０ｍｍのシート形状に対応するキャビティ５ａを有する成形型５内に充填した。比較例７〜９、１１、および１２については、図３に示すように、磁力線が得られる成形体１の厚み方向と平行になるように、一対の永久磁石６をＮ極とＳ極とが対向するように成形型５の上下両側に配置し、各高分子組成物４に磁束密度１０テスラの磁場を印加して、酸化アルミニウム粉末２を配向させた。その後、各高分子組成物４を加熱硬化させて、各熱伝導性成形体１を得
た。
【００４９】
比較例１０については、キャビティ５ａ内の高分子組成物４に対して、実施例１〜６と同様に、図２（ｂ）に点線の矢印で示すように成形体の表面と平行に磁力線が沿うように、超伝導磁石によって磁束密度１０テスラの磁場を印加して酸化アルミニウム粉末２を十分配向させた後、この高分子組成物４を加熱硬化させた。得られた各シート状熱伝導性成形体について、実施例１と同様の方法で熱抵抗値および配向度αを求め、表３にまとめた。
【００５０】
【表３】
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本発明による実施例１〜６のシート状の熱伝導性成形体は、図２（ｂ）に示したように、熱伝導性粉末である鱗片状の酸化アルミニウム粉末２のａ軸およびｂ軸に平行な結晶面が該熱伝導性成形体の厚み方向と平行となるように配向されたものであって、Ｘ線回折測定に基づく演算によって求められる配向度αはいずれも０．５０より大きい値を示した。Ｘ線回折測定結果の一例として、実施例１および比較例２のＸ線回折パターンをそれぞれ図４および図６に示す。図４の実施例１のＸ線回折では（００６）結晶面２ａを示すピーク強度（１６９７）が、図６に示す比較例２の（００６）結晶面２ａを示すピーク強度（２０２０９）と比べて極めて小さく、かつ図４の（１１０）結晶面２ｂおよび（３００）結晶面２ｃを示すピークは、図６の対応するピークに比べて大きい。これは実施例１の熱伝導性成形体１中において、酸化アルミニウム粉末２の（００６）結晶面２ａが該成形体の表面１ａに対して直交するように、すなわち該成形体１の厚み方向と平行に高度に配向されていることを示している。このように大きな配向度αを有する実施例１〜６では、いずれも表２および３に示した比較例１〜１２に比べて、熱抵抗が小さくなっている。さらに、実施例１〜４により、熱伝導性充填材である酸化アルミニウム粉末の添加量が多くなるにつれ、熱抵抗が小さくなり熱伝導性が向上することが分かる。また、実施例５の熱伝導性成形体では、高分子材料としてエポキシ樹脂を用いているが、同じくエポキシ樹脂を用いた比較例５および比較例１１と比較して、熱抵抗が小さくなっている。よって、使用する高分子材料の種類によらず、酸化アルミニウム粉末のａ軸およびｂ軸に平行な結晶面を熱伝導性成形体の厚み方向に沿って配向させることで熱抵抗が小さくなり、よって熱伝導性が向上することが分かる。
【００５１】
本発明による実施例４と比較例１０とを比較すると、実施例４の熱伝導性成形体では、
熱伝導性充填材である酸化アルミニウム粉末を高濃度に分散させた高分子組成物４に溶媒としてトルエンを加えて該高分子組成物４の粘度を低下させることにより、磁場の印加による酸化アルミニウム粉末の配向が促進された。その結果、酸化アルミニウム粉末のａ軸およびｂ軸に平行な結晶面が熱伝導性成形体の厚み方向に高度に配向されて、熱抵抗が小さい、すなわち高い熱伝導性を有する熱伝導性成形体が得られた。一方、比較例１０では、実施例４と同量の酸化アルミニウム粉末およびシリコーンを用いているが、溶媒を加えていないため調製した高分子組成物４の粘度が高く、磁場を印加しても配向が進まず、結果として、熱抵抗が大きくなっている。
【００５２】
本発明による実施例６の熱伝導性成形体は、熱伝導性充填材として六方晶結晶が不規則に混合された不定形の酸化アルミニウム粉末を使用している。このような酸化アルミニウム粉末を使用した場合においても、図５に示す実施例６の熱伝導性成形体のＸ線回折パターンから分かるように、成形体の表面と平行に磁場を印加して成形することにより、該酸化アルミニウム粉末に含まれる六方結晶構造の一部が熱伝導性成形体の厚み方向に配向されていることが分かる。その結果、結晶面が同一の組成を有する比較例６と比べ熱抵抗が小さくなり熱伝導性が向上している。
【００５３】
比較例１〜６の熱伝導性成形体は、熱伝導性充填材である酸化アルミニウム粉末が高分子材料中に分散した高分子組成物４に磁場を印加せずに作製したものであり、表２に示したように、いずれも０．５０未満の低い配向度を有した。このように熱伝導性成形体中の酸化アルミニウム粉末の配向度が低い比較例１〜６は、厚み方向において５．６℃／Ｗ以上という高い熱抵抗を有し、従って、熱伝導性は低いものであった。また、比較例７〜９，１１，１２の熱伝導性成形体は、熱伝導性シートの厚み方向に磁場を印加して作製したため、これらの熱伝導性成形体中の酸化アルミニウムは、そのａ軸およびｂ軸に平行な結晶面が成形体の厚み方向と直交するように配向されている。よって、これらの熱伝導性成形体の厚み方向の熱抵抗は高く、厚み方向の熱伝導性は低いものとなった。
【００５４】
上記実施形態より把握される技術思想について以下に記載する。
・請求項１または２に記載の熱伝導性成形体であって、前記高分子組成物がさらに揮発性の有機溶媒を含む、熱伝導性成形体。
・高分子材料中に酸化アルミニウム粉末が分散された熱伝導性成形体を製造する方法であって、前記酸化アルミニウム粉末のうちの少なくとも一部は六方晶構造を有し、その特定の結晶面が一定方向に沿って配向されており、該方法は、
高分子材料と前記酸化アルミニウム粉末とを含有する高分子組成物を調製する工程と、
前記高分子材料組成物を成形型のキャビティ内に充填する工程と、
前記キャビティ内の高分子組成物に磁場を印加して、高分子組成物中の酸化アルミニウム粉末を配向させる工程と、
酸化アルミニウム粉末を配向させた状態で、高分子組成物を固化させる工程とからなる、方法。
【００５５】
・前記高分子組成物がさらに有機溶媒を含み、高分子組成物を固化させる工程の前に、前記溶媒を除去する工程をさらに備える、上記方法。
・前記磁場の磁束密度は１〜１５テスラ、より好ましくは２〜１５テスラである、上記方法。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】（ａ）本発明の実施形態の熱伝導性形体を示す断面斜視図、（ｂ）六方晶構造における結晶面を示す図。
【図２】（ａ）熱伝導性成形体の製造方法に用いられる装置において、磁場配向前を示す概念図、（ｂ）熱伝導性成形体の製造方法に用いられる装置において、磁場配向後を示す概念図。
【図３】熱伝導性成形体の製造方法に用いられる別の装置を示す概念図
【図４】本発明の実施例１の熱伝導性形体のＸ線回折パターン。
【図５】本発明の実施例６の熱伝導性形体のＸ線回折パターン。
【図６】比較例２の熱伝導性形体のＸ線回折パターン。
【図７】熱伝導性成形体の熱抵抗値を測定する装置を示す図。
【符号の説明】
【００５７】
１…熱伝導性成形体、２…酸化アルミニウム粉末、２ａ…（００６）結晶面、２ｂ…（１１０）結晶面、２ｃ…（３００）結晶面、３…高分子材料、４…高分子組成物。
【図１】
2005139267.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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