(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
球形度が０．８５以上かつ平均粒子径が３０〜５０μｍの球状アルミナ粉末８０〜９５質量％と、平均粒子径５０〜１００μｍの窒化アルミニウム粉末５〜２０質量％を含む混合粉末が５０〜８０体積％充填されてなる付加反応型液状シリコーン硬化物から構成されてなることを特徴とする、熱伝導率２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、０．１ＭＰａにおける圧縮率が２０％以上、片面又は両面に０．０１Ｎ／２５ｍｍ以上の自己粘着性を有する放熱スペーサー。
【請求項２】
網目状構造の補強材で補強されてなることを特徴とする請求項１記載の放熱スペーサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピューター、ワードプロセッサーなどの情報処理機器におけるＩＣ、ＬＳＩ、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の半導体素子より発生する熱を効率よく放出するのに有用な放熱スペーサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報処理機器は、携帯用使用の薄型サイズのものが好まれるようになった。それに伴い、半導体素子も高密度化・小型化され、そこから発生する熱も増加の一途をたどり、それを効率良く除去することが重要な課題となっている。
【０００３】
従来より、半導体素子より発生した熱の除去は、半導体素子を熱伝導性シート介して放熱フィンや金属板に取り付けることによって行われている。しかしながら、情報処理機器の小型化、薄型化により、放熱フィン等を取り付けるスペースがない場合も多くなり、その場合には情報処理機器のケース等に直接伝熱する方式が取られている。
【０００４】
このような方式においては、半導体素子とケースの間に、そのスペースを埋める厚みを有した、熱伝導性フィラー含有のシリコーン硬化物からなる柔らかな放熱スペーサーが用いられている。
【０００５】
放熱スペーサー（以下、単に「スペーサー」ともいう。）の高熱伝導化を達成するには、スペーサー内に存在する熱伝導性フィラーを連続的に接触させればよく、その一法として、熱伝導性フィラーの充填量を多くすることが行われている。しかしこの方法では、スペーサーの柔らかさが低下し、情報処理機器のケース等との接触が悪くなって、熱伝導性が著しく低下する等、この方法には限界があった。
【０００６】
スペーサーの熱伝導性を高める別の方法として、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の高熱伝導性フィラーを用いる方法もあるが、これらの粉末の粒子形状や粒子径分布を高充填化に適した値に制御するのは大変なことであり、分級・粉砕工程に多大な労力・時間が必要となる。したがって、これらの粉末を単独で用いて熱伝導性を高めるにはコストの点で問題がある。
【０００７】
一方、アルミナ粉末は、粒子形状、粒子径分布を制御することは比較的容易であるが、その球形度が高いもの程、点接触が主体となる。そのため、熱伝導性を高めるには、フィラーを高充填する必要があるが、この場合には上記のように柔軟性が損なわれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、粒子形状と粒子径分布の制御された球状アルミナ粉末と、普通に入手できる窒化アルミニウム粉末とを併用して、高熱伝導性・柔軟性・自己粘着性を有する放熱スペーサーを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、球形度が０．８５以上かつ平均粒子径が３０〜５０μｍの球状アルミナ粉末８０〜９５質量％と、平均粒子径５０〜１００μｍの窒化アルミニウム粉末５〜２０質量％を含む混合粉末が５０〜８０体積％充填されてなる付加反応型液状シリコーン硬化物から構成されてなることを特徴とする、熱伝導率２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、０．１ＭＰａにおける圧縮率が２０％以上、片面又は両面に０．０１Ｎ／２５ｍｍ以上の自己粘着性を有する放熱スペーサーである。また、本発明は、上記放熱スペーサーが網目状構造の補強材で補強されてなるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、更に詳しく本発明について説明する。
【００１１】
本発明のスペーサーのマトリックスであるシリコーン硬化物としては、一般的な電子材料用途に使用されているシリコーン、例えば付加反応により加硫する液状シリコーン樹脂、過酸化物を加硫に用いる熱加硫型ミラブルタイプのシリコーン樹脂等を不都合なく用いることができる。
【００１２】
スペーサーは、半導体素子の発熱面と放熱フィン等の放熱面との密着性が要求されるため、シリコーンの中でも柔軟性を有するもの、ゴム弾性を有するものが好適である。とくに、柔軟性が必要な場合は、付加反応型液状シリコーンが使用できる。
【００１３】
付加反応型液状シリコーンの具体例としては、一分子中にビニル基とＨ−Ｓｉ基の両方を有する一液性のシリコーン、又は末端あるいは側鎖にビニル基を有するオルガノポリシロキサンと末端あるいは側鎖に２個以上のＨ−Ｓｉ基を有するオルガノポリシロキサンとの二液性のシリコーン等がある。このような付加反応型液状シリコーンの市販品としては、例えば東レダウコーニング社製商品名「ＳＥ−１８８５」等がある。
【００１４】
スペーサーの柔軟性は、付加反応によって形成される架橋密度によって調整することができる。この場合、必要に応じて、各種の硬化剤やその他の添加剤を適宜配合することができる。
【００１５】
本発明で使用されるフィラーは、球形度０．８５以上かつ平均粒子径３０〜５０μｍの球状アルミナ粉末８０〜９５質量％と、平均粒子径が５０〜１００μｍの窒化アルミニウム粉末５〜２０質量％との混合粉末である。
【００１６】
球状アルミナ粉末は、水酸化アルミニウム粉末の火炎溶射法、バイヤー法、アンモニウムミョウバン熱分解法、有機アルミニウム加水分解法、アルミニウム水中放電法、凍結乾燥法等、いずれの方法で製造されたものであってもよいが、粒子径分布の制御及び粒子形状制御の点から水酸化アルミニウム粉末の火炎溶射法が好適である。
【００１７】
球状アルミナ粉末の結晶構造は、単結晶体、多結晶体の何れでもよいが、高熱伝導性の点から結晶相はα相望ましく、また比重は３．７以上が望ましい。比重が３．７未満であると、粒子内部に存在する空孔と低結晶相の存在割合が多くなるため、熱伝導率を２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上に高めることが困難となる。球状アルミナ粉末の粒度調整は、球状アルミナ粉末の分級・混合操作によって行うことができる。
【００１８】
球状アルミナ粉末は、球形度が０．８５以上で、平均粒子径が３０〜５０μｍであることが必要である。球形度が０．８５未満では流動性が低下してスペーサー内でフィラーが偏析してしまい物性のばらつきが大きくなる。また、平均粒子径が３０μｍ未満では粒子同士の接触が少なくなり、粒子間接触抵抗の増大により熱伝導率が２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上とならない。平均粒子径が５０μｍ超であると、荷重０．１ＭＰａにおける圧縮率が２０％以上の高柔軟性にはならない。
【００１９】
窒化アルミニウム粉末は、特別に粒子形状が制御されている必要はなく、むしろそのようなものはコスト高となるので、本発明においては、平均粒子径が５０〜１００μｍであれば、普通に入手できるものが好適に使用される。平均粒子径５０μｍ未満では、微粉量が多くなるため、スペーサーの自己粘着性が低下し、１００μｍをこえると、荷重０．１ＭＰａの圧縮率が２０％以上の高柔軟性が失われる。
【００２０】
球状アルミナ粉末と窒化アルミニウム粉末との割合は、球状アルミナ粉末８０〜９５質量％、窒化アルミニウム粉末５〜２０質量％である。窒化アルミニウム粉末が５質量％未満では熱伝導性を充分高めることができず、逆に２０質量％超であると柔軟性が低下してしまう。
【００２１】
本発明においては混合粉末の充填量は５０〜８０体積％の範囲とする。５０体積％未満では熱伝導率を２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上に高めることができず、８０体積％超では、自己粘着性を発現させるシリコーン硬化物がスペーサー表面に露出する割合が少なくなって、スペーサーの片面又は両面に０．０１Ｎ／２５ｍｍ以上の自己粘着性を発現させることが困難となる。
【００２２】
本発明のスペーサーにおいては、上記のままでも用いることができるが、更に網目状構造の補強材で補強することにより、より取り扱い性に優れたスペーサーを供することができる。
【００２３】
補強材の材質は、ガラス製、鉄・鋼・アルミニウム等の金属製、ポリイミド・ｐリエチレンテレフタレート・ポリエチレン・ポリプロピレン等の耐熱樹脂製などである。補強材の形状は網目状構造物が好ましく、平織り、紋織り、からみ織り等のいずれでもよい。厚みは、スペーサー厚みの５０％以下である。補強する位置は、補強材がスペーサー表面に露出しない位置であるが、好ましくは中心部である。
【００２４】
スペーサーの厚みは、０．１〜６ｍｍ、特に０．２〜３ｍｍが一般的である。
また、スペーサーの平面形状は、半導体素子と密着できる形状ないしは半導体素子を埋没できる形状であれば、特に制限されるものではなく、例えば三角形、四角形、六角形などの多角形、円形、楕円形等の任意の形状を用いることができ、更には半導体素子が密着ないしは埋没しやすいように凹凸をつけてもかまわない。
【００２５】
本発明のスペーサーは、原料の混合・成形・加硫工程を経て製造される。混合には、ロールミル、ニーダー、バンバリーミキサー等の混合機を用いて行われる。成形方法は特に制限されるものではないが、ドクターブレード法や粘度によっては押出し法あるいはプレス法・カレンダーロール法を用いることが好ましい。
加硫温度は５０〜２００℃が望ましい。５０℃未満では加硫が不十分であり、２００℃をこえるとスペーサーの一部が劣化する。加硫は、一般的な熱風乾燥機、遠赤外乾燥機、マイクロ波乾燥機等を用いて行われる。
【００２６】
本発明において、球形度は、例えば走査型電子顕微鏡（日本電子社製  「ＪＳＭ−Ｔ２００型」）と画像解析装置（日本アビオニクス社製）を用い、次のようにして測定することができる。
【００２７】
まず、ＳＥＭ写真中の粒子像から粒子の投影面積と（Ａ）と周囲長（ＰＭ）を測定する。周囲長（ＰＭ）に対応する真円の面積を（Ｂ）とすると、その粒子の球形度はＡ／Ｂとして表示できる。そこで試料粒子の周囲長（ＰＭ）と同一の周囲長を持つ真円を想定するとＰＭ＝２πｒ、Ｂ＝πｒ2であるから、Ｂ＝π×（ＰＭ／２π）2となり、個々の粒子の球形度は、球形度＝Ａ／Ｂ＝Ａ×４π／（ＰＭ）2  として算出される。これを任意に選ばれた２００個以上の粒子について測定し、その平均値を球形度とする。
【００２８】
熱伝導率２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上は、半導体素子から発生する熱を系外へ放出し半導体素子が好適に作動する場合に必要となる特性である。柔軟性を表す指標である圧縮率は、半導体素子に放熱フィン等の放熱部材を取り付ける際に、半導体素子にかかる荷重を低減するのに必要となる特性である。また、０．０１Ｎ／２５ｍｍ以上の自己粘着性は、スペーサーの位置決めや仮止め、固定する際に必要となる特性である。
【００２９】
【実施例】
以下、実施例、比較例をあげて更に具体的に本発明を説明する。
【００３０】
球状アルミナ粉末の製造
平均粒子径３０μｍの水酸化アルミニウム粉末（日本軽金属社製商品名「ＢＷ３３」）を純水に入れ、粉末濃度４５％のスラリーを調整した。これを二流体ノズル（アトマックス社製「型番ＢＮＨ１６０Ｓ−ＩＳ」）の中心から、燃焼炉の火炎中に１５ｋｇ／ｈの割合で噴射した。噴射には、ゲージ圧０．２５ＭＰａ、ガス流量約１０Ｎｍ3／ｈの酸素ガスを使用した。
【００３１】
一方、バーナーからは、内炎用としてＬＰＧ：４Ｎｍ3／ｈと酸素ガス：６Ｎｍ3／ｈの混合ガスを、外炎用としてバーナーの最外周の空隙からＬＰＧ：４Ｎｍ3／ｈと酸素ガス：１２Ｎｍ3／ｈの混合ガスを噴射した。球状アルミナ粉末をサイクロンから回収した。回収された球状アルミナ粉末の球形度は０．９０、平均粒子径は３９μｍであった。また、この粉末を風力分級機（日本ニューマチック工業社製）を用いて、平均粒子径２２μｍ、４５μｍ、５７μｍに分級した。
【００３２】
実施例１、２  比較例１〜９
付加反応型シリコーン樹脂（東レダウコーニング社製商品名「ＳＥ１８８６」）と、上記で製造された球状アルミナ粉末、市販アルミナ粉末（住友化学工業社製商品名「スミコランダム ＡＡ−１０」、球形度０．８８  平均粒子径１０．３μｍ）、市販の窒化アルミニウム粉末（ＡＲＴ社製商品名「Ａ−５００」）を風力分級機で平均粒子径８０μｍ、１８０μｍに調整し、表１に示す割合で混合して樹脂組成物を製造した。
【００３３】
得られた樹脂組成物を真空脱泡した後、ドクターブレード法にて厚さ１ｍｍのシートに成形し、１４０℃の乾燥機中に１０時間静置して加硫・硬化させ、スペーサーを作製し、以下に従う物性を測定した。それらの結果を表１に示す。
【００３４】
（１）熱伝導率：
スペーサーをＴＯ−３型銅製ヒーターケースと銅板との間に挟み、スペーサー厚みの１０％を圧縮した後、銅製ヒーターケースに電力５Ｗかけて４分間保持し、銅製ヒーターケースと銅板との温度差を測定し、熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）＝｛電力（Ｗ）×厚み（ｍ）｝／｛温度差（Ｋ）×測定面積（ｍ2）｝、にて熱伝導率を算出した。
【００３５】
（２）圧縮率：
スペーサーを１ｃｍ２角に打ち抜いた後、精密万能試験機（島津製作所製商品名「オートグラフ」）により、厚さ方向に０．１ＭＰａの荷重をかけたときの圧縮変形量を計測し、圧縮率（％）＝｛圧縮変形量（ｍｍ）×１００｝／元の厚さ（ｍｍ）にて、圧縮率を算出した。
【００３６】
（３）自己粘着性：
スペーサーを２５ｍｍ×１００ｍｍの形状に切断後、市販のＰＥＴフィルムに張付け、１９．６Ｎの力で押さえた。万能引張り試験機（島津製作所社製「オートグラフ」）により、ＰＥＴフィルムを１８０°方向に引張り速度１０ｍｍ／ｍｉｎで引張り、１８０°剥離強度を測定した。
「○」：粘着力０．０１Ｎ／２５ｍｍ以上
「×」：粘着力０．０１Ｎ／２５ｍｍ未満
【００３７】
（４）平均粒子径
レーザー回折散乱法粒度分布測定装置（コールター社製商品名「ＬＳ−２３０」）を用いて測定した。
（５）球形度
上記した。
【００３８】
【表１】
0004574885.tif 000002
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、より高度な熱伝導性と柔軟性及び自己粘着性を有するスペーサーが提供される。