(57)【要約】【課題】  電子部品と放熱板との間に蜜着させて両者の熱伝達を良好にし、放熱性に優れた熱伝導シートを作製することにある。【解決手段】  放熱シートの製造方法において、合成樹脂またはゴム等のバインダと熱伝導性フィラーとを混練し混練物を脱気した後、この混練物を押出し用の容器に導入して押圧することにより、容器内の広断面積胴部より狭断面積吐出口を通過させて押し出し、混練物である流体をせん断変形させることによりフィラーを押出し方向に配向させるもので、押出された混練物を硬化させた後、この硬化物ブロックを所定厚みにスライスすることによって放熱シートを製造する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に熱伝導性の良い異方性放熱シートの製造方法において、硬化させた後に弾性を有するゴムまたは合成樹脂を主成分とするバインダと熱伝導性フィラーとを混練し、この混練物を押出して、押出し方向にフィラーを配向させた後、硬化させて硬化物ブロックを作製し、該硬化物ブロックをフィラーの配向方向と直角に、所定厚みにスライスして製作する放熱シートの製造方法において、押し出し時に広断面積貯留域から狭断面積吐出口を通して押出すことにより押出し方向にフィラーを配向させることを特徴とする熱伝導性フィラーの配向方法。
【請求項２】
前記、広断面積貯留域から狭断面積吐出口を通して混練物を押出す際に、押出し用容器の胴部断面の寸法Ｄと吐出口断面の寸法ｄの比がｄ＜Ｄであることを特徴とする請求項１に記載の放熱シートの製造方法。
【請求項３】
前記、広断面積貯留域から狭断面積吐出口を通して混練物を押出す際に、吐出口がオリフィス状または先細ノズル状の形状であって、押出し用容器の胴部断面の寸法Ｄと吐出口断面の寸法ｄの比がｄ／Ｄ＜０．７であることを特徴とする請求項１および請求項２に記載の放熱シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、電子部品と放熱板との間に装着して両者の熱伝達を良好にし、放熱効果を増加するための熱伝導シートに関する。
【背景技術】
【０００２】  電子機器に搭載されるＣＰＵ等各種電子部品からは熱が発生し、それによって高温になるのを放置すると、特性が低下したり破損したりし、場合によっては周辺の電子部品の損傷をも招き機器そのものの寿命を縮めることになる。昨今、機器の小型化によって電子部品が高密度に配置される傾向にあり、排熱がきわめて重要な課題となっている。【０００３】  従来、こうした電子部品から排熱する場合、電子部品に密着させたアルミニウム板や、あるいはヒートパイプを介して設けられた放熱板に熱を伝え、ファンによってこの放熱板を強制冷却する等の方法がとられている。電子部品と接触するアルミニウム板との間には、熱を良く伝える目的で、バインダ中に高い熱伝導性を有するフィラーを混入しクリーム状にして塗布したり、温度による相変化で接触面の間隙部を隙間なく埋める液や、熱伝導性の良いシート状のものを挟んで熱の伝わりを良くする工夫がされている。【０００４】  これらのうち、熱伝導シートの製造法としては、シリコーンゴム等のゴムや各種合成樹脂等を主成分とするバインダ中に金属や金属酸化物等のフィラーを混入して真空中で撹拌し、放置あるいは必要により加熱し架橋反応によって硬化物のブロックをつくり、この硬化物ブロックを適当な厚みにスライスしてシート化する等の方法が行われている。また簡便な方法としては、前記材料を大気中で混練した後静置して脱泡し、この硬化物をスライスする方法等もある。【０００５】  この熱伝導シートの熱伝導性を高めるためには、シートとしての物性上許される限りできるだけフィラーの混合割合を多くし、しかもこれらのフィラーに熱伝導異方性がありフィラーの長さ方向に熱伝導率が大きい場合は、シートの厚み方向に垂直になるよう配向させることが望ましい。このようにフィラーを配向させる方法としては、静電植毛法、磁気配向法、メッシュを用いた配向法等さまざまに工夫されているが、これらの方法にはいずれも次のような問題点があった。【０００６】  熱伝導異方性のあるフィラーのうち、アスペクト比があり且つ繊維の長手方向に熱伝導性のよいフィラーを配向させる第１の方法として板体上に静電植毛する方法がある。この方法は、フィラーの放出口と粘着材を塗布した植毛板間に電場を形成することにより、分極帯電させたフィラーを放出口から植毛板上に撒き、フィラーチップを植毛板上の粘着面に起立させて植毛した後、植毛したフィラーの間にバインダを充填し、これを板体から剥がしてシート状とするものである。しかし、この静電植毛法には次のような問題点があった。
▲１▼  フィラーチップが誘電体であること。
▲２▼  植毛後、毛間にバインダを充填することが困難である。
▲３▼  高密度に植毛することが困難である。
▲４▼  静電植毛のための特別な装置を必要とする。【０００７】  また、フィラーチップを厚み方向に配向させる第２の方法として、特開平１１−２８３７１８号公報に記載されているような磁力を利用する方法がある。この方法は、熱伝導性ならびに磁性を有するフィラーチップをゾル状のバインダに混入し、板状とした後に板の面外方向から強力な磁場を掛け、磁力線に沿ってフィラーを配向させるものである。しかし、磁力を用いる方法には次のような問題点がある。
▲１▼  フィラーが非磁性体であれば、磁性金属をあらかじめメッキしておく必要がある。
▲２▼  フィラーが転回する空間が必要であり、高密度に配置させることができない。
▲３▼  フィラー同士が磁性で凝集するため、均等分布させることが困難である。
▲４▼  設備として高価な磁場発生機が必要である。
▲５▼  その他の方法として、磁場で配列させたあとバインダを充填する方法は、前項〔０００９〕に記載したと同様の困難がある。【０００８】  そして、フィラーを配向させる第３の方法としてメッシュを用いる方法がある。この方法は、熱伝導性を有するフィラーを混入したバインダを収容した押出し装置の出口付近に複数層のメンシュを配し、長細いフィラーが通過する際、機械的且つ強制的に配向させるものである。しかし、メッシュを用いる方法には次の問題点がある。
▲１▼  フィラーがメッシュに詰まること無く通過でき、また方向を整えることができるメッシュを選定する必要がある。
▲２▼  フィラーを配向させる際、粘性流体中で機械的且つ強制的にメッシュを通過させるので、フィラー自体が折損しない程度の剛性、強度が必要である。
▲３▼  フィラーが転回する空間が必要であり、高密度に配置させることができない。
▲４▼  メッシュを混入したゾル状のバインダが、メッシュ通過直後にカルマン渦を生じ乱流となるためフィラーを一定方向に揃えて配向させるのが難しい。【０００９】  そこでこれらの問題点を回避し得る方法として、特開平１１−３０２５４５号公報には、バインダとフィラーの混練物を並列に並んだ多数のパイプに導入し、差圧により押出してニュートン流体が管壁との摩擦で発生するせん断力を与え、せん断変形させることによりフィラーを流れの方向に配向する方法が記載されている。しかしながら、この方法は多数のパイプを必要とし、また配向が完了し得るだけの長さが必要であり、さらにこの本数分、長さ分のパイプの内壁と混練物間の管摩擦抵抗が大きくなるためこれに打ち勝つ差圧を与える必要があり、それによって設備が過大となるという問題があった。【００１０】
【特許文献１】特開平１１−３０２５４５号公報
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】  本発明は、前記のごとくフィラーを配向充填した放熱シートを作製する方法において、従来技術に有する問題点を解消すべくなされたもので、熱伝導性能が高く柔軟で弾性を有する薄型の熱伝導シートを効率よく製造する方法を提供するものである。
【課題を解決しようとする手段】
【００１２】  本発明は厚さ方向に熱伝導性の良い異方性放熱シートの製造方法において、硬化させた後に弾性を有するゴムまたは合成樹脂を主成分とするバインダと熱伝導性フィラーとを混練し、この混練物を押出して、押出し方向にフィラーを配向させた後、硬化させて硬化物ブロックを作製し、該硬化物ブロックをフィラーの配向方向と直角に、所定厚みにスライスして製作する放熱シートの製造方法において、押し出し時に広断面積貯留域から狭断面積吐出口を通して押出すことにより押出し方向にフィラーを配向させることを特徴とする（請求項１）。
【００１３】  また前記本発明は、広断面積貯留域から狭断面積吐出口を通して混練物を押出す際に、押出し用容器の胴部断面の寸法Ｄと吐出口断面の寸法ｄの比がｄ＜Ｄであることを特徴とする（請求項２）。
【００１４】  さらに前記本発明は、前記、広断面積貯留域から狭断面積吐出口を通して混練物を押出す際に、吐出口がオリフィス状または先細ノズル状の形状であって、押出し用容器の胴部断面の寸法Ｄと吐出口断面の寸法ｄの比がｄ／Ｄ＜０．７であることを特徴とする（請求項３）。
【発明の効果】
【００１５】  本発明は、前記混練物を押し出すにあたって広断面積貯留域から狭断面積吐出口を通して押し出すことにより、混練物にせん断変形を与えて混練物中の高密度の高熱伝導性フィラーを押出し方向に確実に配向させようとするもので、高価な装置を必要とすることなく熱伝導性の飛躍的に優れた放熱シートの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】  本発明の最も好ましい実施形態について図１ないし図４に基づきさらに詳しく説明する。【００１７】  本発明の放熱シートは、バインダ用の材料と熱伝導性フィラー用の材料により、シート状の薄型放熱シートを製造するものである。本発明は基本的に図１に示す各工程により構成され、バインダ１と熱伝導性フィラー２とを混練して混練物３を得る混練工程、混練物３中に含まれ熱伝導性を阻害する空気等の気体を除去する脱泡工程、脱泡後の混練物３を押出し用の容器から押出すことによりバインダ１中のフィラー２を押出し方向に配向させる押出工程、押出した混練物３を硬化し硬化物ブロックとする硬化工程、この硬化物ブロックをスライスして放熱シート４とするスライス工程よりなる。【００１８】  前記バインダ１用の材料としては、架橋型のゴム系材料または合成樹脂系材料より、硬化させた後に弾性を有する材料の中から選定することができる。具体的には、ゴム系材料としてシリコーンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、アクリルニトリル−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレン共重合体、アクリルゴム、ポリオレフィン系エラストマー、合成樹脂系材料としてポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂等を使用することができる。それらの中でもシリコーンゴムは柔軟が高く、密着性、耐熱性が優れていることから最も好ましい。【００１９】  前記バインダ１用の材料としては１液硬化型のものでもよいが、２液硬化型のものでもよい。加硫前のバインダ自体の粘度は、作業性等を考慮して１〜５０００ｃＰ、好ましくは３００〜５００ｃＰ程度のものを選定する。なお、バインダが高粘度の場合は有機溶剤により希釈してもよいが、有機溶剤が十分に蒸発しない場合に放熱シートの物性に影響を与えることも考えられるので、できれば材料選定の段階でこれらにつき考慮しておくのが好ましい。【００２０】  またフィラー２用の材料としては、カーボングラファイト（黒鉛）、雲母、アルミナ、酸化亜鉛、窒化ホウ素、二硫化モリブデン等、その他に銅、アルミニウム等の金属材料が考えられるが、中でもカーボングラファイトは熱伝導率が５０〜１５００ｗ／ｍ・Ｋと高く最も好適である。ここに、フィラーの大きさは、直径（φ）＝０．０５〜１０００μｍ、長さ（ｌ）＝０．０５〜５０ｍｍ、好ましくは直径（φ）＝１〜５０μｍ、長さ（ｌ）＝０．１〜５ｍｍ程度のものが好適である。【００２１】  バインダ１とフィラー２との配合割合は、バインダ１００重量部に対してフィラー１０〜４００重量部、特に５０〜３００重量部であることが好ましい。フィラー２が１０重量部以下の場合は熱伝導度が低下し、４００重量部以上の場合は混練が困難となる。そして、これらバインダ１とフィラー２を混練用の容器に投入して混練することにより、粘稠で且つ均一な混練物３が得られる。【００２２】  前記混練物３を脱泡用の容器に導入する。脱泡用の容器は密閉し減圧状態ないし真空状態とすることのできる容器で真空脱泡する真空度は絶対圧で好ましくは５００Ｐａ程度とする。その際、前記装置に変えて遠心脱泡装置等を使用してもよい。【００２３】  次いで、脱泡後の混練物３を図２に示す押出槽１１に導入する。押出槽１１は、上部に圧縮気体供給口１１ａがあり、空気等の気体圧により広断面積の胴部１１ｃ内でピストン１１ｂを押し下げるようになっている。また下部には胴部１１ｃより通じる先細ノズル絞り部１１ｄ、狭断面積の吐出口１１ｅを経て押し出される。このとき押出槽１１内に導入された混練物３は、同図Ａで示すように、バインダ１中でフィラー２の向きは不規則である。【００２４】  そこで、押出槽１１の圧縮気体供給口１１ａに空気等の気体５を供給しピストン１１ｂを介して押し下げることによって下部の吐出口１１ｅより混練物３が押出される。その際押出槽１１内の気体圧は混練物３の粘度により適宜変更されるが、ゲージ圧で１００ｋＰａ．以上とするのが好ましい。こうして混練物３が下部の絞り部１１ｄを経て吐出口１１ｅを通過することにより、同図Ｂで示すようにバインダ１中のフィラー２がほぼ同一方向に配向される。検証結果によれば、押出槽１１の胴部１１ｃの断面寸法Ｄと吐出口１１ｅの断面寸法ｄの比はｄ＜Ｄであれば良いが、好ましくはｄ／Ｄ＜０．５〜０．７．さらに好ましくは０．３となった。また吐出口１１ｅの平面形状は円形とするのが望ましい。この吐出口１１ｅに到る絞り部１１ｄの部分は、オリフィス形状でも良いがノズル形状が望ましい。例えば図で示すようなノズル形状とした場合に押出槽１１の胴部１１ｃの断面寸法Ｄとノズルの寸法Ｌの比は、好ましくはＬ／Ｄ＞２、さらに好ましくはＬ／Ｄ＞３であった。先細ノズルは長い方が、ブロック状物形成容器に容易に吐出しやすい。しかし、吐出口１１ｅの断面の大きさｄがあまり小さく、ノズルがあまり長いと押出し抵抗が大きくなり、加圧力を増やしたり、圧力に耐える丈夫な容器とする必要がある。【００２５】  このとき混練物３は、胴部１１ｃの広断面積貯留域から吐出口１１ｅの狭断面積出口を通して押出される際に混合物をせん断変形を受けることによって混合物３中のフィラーが同図に示すように押出し方向に配向（図中縦方向）する。すなわちこの混練物３の挙動を図３により模式的に表すと、押出槽１１の胴部１１ｃ内（図中の寸法Ｄの領域）における混練物３の一定容量を同図Ａの仮想線で示すような円形で示される状態から、押出槽１１の吐出口１１ｅ（図中の寸法ｄの領域）を通過することにより同図Ｂの仮想線で示すような略楕円形の状態となって押出される。【００２６】  生産効率を上げるために吐出速度を変えたり、吐出口１１ｅの大きさを変えると、吐出口１１ｅでの流れが乱れたりすることがあるが、下式で示されるレイノルズ数（Ｒｅ）を一定に保つことにより、押出槽１１内から吐出される粘性流体の流線は変更前の流線と相似形となり、このため所定方向にフィラーが配向した同じ品質の吐出流体を得ることができる。
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【００２７】  次に押出し後の混練物３ａを硬化させる。硬化方法は使用する原材料によって異なるが、シリコーンゴム系の２液硬化性材料を用いた場合に、例えば、常温で２４時間静置したり１００〜１６０℃、好ましくは１５０℃程度に昇温し、架橋反応を起こさせることにより硬化して硬化物ブロックを得ることができる。
【実施例】
【実施例】
【００２８】  本発明における実施例を説明する。【００２９】  放熱シートを製造する工程中、バインダとフィラーよりなる材料を押出すことによって混練物中のフィラーを押出し方向に配向させ、作製した熱伝導シートの熱伝導率に与える影響を検証し可否を確認した。【００３０】  バインダ用の材料としてシリコーンゴム（ダイコーニング社製：商品名シルガードＡ，Ｂ）、またフィラー用の材料として熱伝導率９００Ｗ／ｍ・Ｋのカーボングラファイト（日本グラファイトファイバー社製：商品名ＸＮ−１００−０１Ｚ）を重量比１：１．７５の割合で混練した。【００３１】  この混練物を脱泡した後、押出槽〔胴部直径（Ｄ）＝５０ｍｍ、胴部長さ（Ｌ）＝２００ｍｍ、出口直径（ｄ）＝１５ｍｍ）に導入し押出してブロック状物を得た。そしてこのブロック状物を加硫した後スライスして厚さ１０ｍｍの放熱シートを作製した。【００３２】  これに対し、比較例として本実施例と同じ材料を用いて混練し、この混練物を用いて本実施例と同様に脱泡し、本実施例のような配向工程を経ずに加硫し、スライスして厚さ１０ｍｍの放熱シートを作製した。【００３３】  本実施例および比較例によって作製した放熱シートにつき熱伝導性能を比較した結果を表１に示す。
【表１】
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【００３４】  このことから本実施例による配向効果で熱伝導性能が大幅に向上することが確認された。また製造されたブロックの配向と平行に切断した面を顕微鏡で拡大すると、繊維が高密度に一方向（吐出方向）に配向されていることが、確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３５】  本発明による放熱シートは、電子機器内部の熱源部に装着することにより、ＣＰＵ等各種電子部品から発生する熱をきわめて効率的に外部に放出することができる。また、前記電子機器のみでなく中高温の熱を発生する広範囲の機器等からの放熱にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例において基本的な工程を表すブロック図である。
【図２】本発明の実施例において押出しに用いた装置の断面図である。
【図３】本発明の実施例で混練物を押出す際に、混練物およびそれに含まれるフィラーの挙動を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３７】１      バインダ        ２      フィラー        ３、３ａ  混練物
４      放熱シート      ４ａ    フィラー        ４ｂ    溶出部
１１    押出槽          １１ａ  抽気口          １１ｂ  ピストン
１１ｃ  胴部            １１ｄ  絞り部          １１ｅ  吐出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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