(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性充填剤が分散された被植毛層の表面に前記被植毛層を貫通しないように静電植毛により熱伝導性繊維を立設し、その立設した熱伝導性繊維の端部が突出するように熱伝導性繊維の間に液状高分子を浸入させ、その後硬化させて中間層を成形し、次いで熱伝導性繊維の突出部を覆うように熱伝導性充填剤が分散された被覆層を積層したことを特徴とする異方性伝熱シートの製造方法。
【請求項２】
液状高分子の粘度が１０Ｐａ・ｓ以下である請求項１に記載の異方性伝熱シートの製造方法。
【請求項３】
熱伝導性充填剤が、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、水酸化アルミニウム、炭化ケイ素から選ばれる少なくとも一種類からなる粒径１０μｍ以下の球状粒子である請求項１または請求項２に記載の異方性伝熱シートの製造方法。
【請求項４】
熱伝導性繊維が、ピッチ系炭素繊維である請求項１〜請求項３の何れか１項記載の異方性伝熱シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器中に用いられる半導体素子、電源、光源等の部品から発生する熱を伝える異方性伝熱シート及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子機器中に用いられる半導体素子などから発生する熱をヒートシンク等に伝えるものとして伝熱シートがある。伝熱シートの中には、熱伝導性繊維を一方向に並べることにより、繊維の配列方向に高い熱伝導性を持った異方性伝熱シートがある。
ヒートシンクを半導体素子の上方に設け両者の間に挟持して用いる伝熱シートには、伝熱シートの厚み方向に熱伝導性繊維を配向させた、伝熱シートの厚み方向に高い熱伝導性を持った異方性伝熱シートが要望されている。
【０００３】
この異方性伝熱シートの製造方法については、特開平１１−３０２５４５号公報に記載されている。これは、液状シリコーンゴム中に熱伝導性長繊維を一方向に配向させ硬化させた複合材ブロックを作製し、さらに複合材ブロックを熱伝導性長繊維の配向方向に対して垂直に切断する異方性伝熱シートの製造方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記製造方法では、シリコーンゴムが軟質なため熱伝導性繊維の配向を保ったまま１ｍｍ以下の厚みに切断することが大変困難であり薄い異方性伝熱シートおよび大面積の異方性伝熱シートの作製できないこと等により実用化が難しかった。また、上記製造方法で得られた異方性伝熱シートは、熱伝導性繊維が両切断面に表出しており、異方性伝熱シートに絶縁性が必要な場合、熱伝導性繊維に導電性があれば、切断した後、さらに両切断面に絶縁層を形成しなければならず、手間がかかり、低コストの異方性伝熱シートは得られなかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、伝熱シートの厚み方向に熱伝導性繊維を配向させる方法として静電植毛を用いたもので、薄く大きな面積の異方性伝熱シートを提供することができ、しかも両面には必要に応じて絶縁性をもつ被覆層を容易に積層することができ、低コストの異方性伝熱シートを提供するものである。
【０００６】
すなわち、熱伝導性繊維が貫通してその両端が突出する中間層の両面に、熱伝導性繊維の突出部を覆うように熱伝導性充填剤が分散された被覆層が積層されている異方性伝熱シートである。
また、熱伝導性充填剤が分散された被植毛層の表面に静電植毛により熱伝導性繊維を立設し、その立設した熱伝導性繊維の端部が突出するように熱伝導性繊維間に液状高分子を浸入させ、その後硬化させて中間層を成形し、次いで熱伝導性繊維の突出部を覆うように熱伝導性充填剤が分散された被覆層を積層した異方性伝熱シートの製造方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をさらに詳しく説明する。
本発明の異方性伝熱シートは、熱伝導性繊維が伝熱シートの厚み方向に配向した異方性伝熱シートで、代表的な実施の形態は、図１に示すように、熱伝導性繊維１が貫通する中間層２の両面に、熱伝導性繊維の突出部３を覆うように熱伝導性充填剤４が分散された被覆層５が積層されている異方性伝熱シートである。
【０００８】
本発明の異方性伝熱シートの製造方法は、静電植毛により熱伝導性繊維を配向するもので、伝熱シートの厚み方向に容易に熱伝導性繊維を配向することができる。図２に示すように、熱伝導性充填剤４が分散された被植毛層６の表面に静電植毛により熱伝導性繊維１を立設し、図３に示すように、熱伝導性繊維の端部が突出するように熱伝導性繊維間に液状高分子を侵入させ、その後硬化させて中間層２を成形し、次いで、図４に示すように、熱伝導性繊維の突出部３を覆うように熱伝導性充填剤４が分散された被覆層５を積層した異方性伝熱シートの製造方法である。
【０００９】
本発明の熱伝導性繊維は、高い熱伝導性を有する繊維であれば、繊維の径や表面状態は特定するものではないが、植毛に使用する繊維長がそろっていることが好ましい。熱伝導性繊維の種類は特に限定されるものではないが、グラファイト繊維、銅、金、銀等の金属繊維、ポリエチレン繊維、ポリベンザゾール繊維、アルミナ等のセラミックス繊維から選ばれる少なくとも１種の繊維であることが好ましい。特に高熱伝導性を有するピッチ系炭素繊維が最も好ましい。
【００１０】
本発明の異方性伝熱シートの材質は、公知の有機高分子からなり、耐熱性の熱硬化性有機高分子が好ましい。有機高分子の種類には、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、塩素化ポリエチレン、エチレンプロピレンゴム、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、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、ベンゾシクロブテン樹脂、熱硬化型ポリフェニレンエーテルおよび変性ＰＰＥ樹脂などの熱硬化性高分子が挙げられ、さらにそれらのアロイ材も用いることができる。高分子シートには、補強剤、難燃剤、着色剤、耐熱向上剤、粘着剤、可塑剤、オイル、硬化遅延剤等が含まれていても良い。
【００１１】
本発明の熱伝導性充填剤は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムなどの金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物や金、銀、銅、アルミニウム、マグネシウム等の金属や合金、並びにダイヤモンドやグラファイトなどのうち少なくとも一種類からなる球状、粉体状、繊維状、針状、鱗片状、ウィスカー状、ペレット状などの充填剤が好ましい。これらの熱伝導性充填剤の中でも、電気絶縁性に優れ安価な酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、水酸化アルミニウム、炭化ケイ素から選ばれる少なくとも一種類からなる粒子が１０μｍ以下の球状の熱伝導性充填剤がより好ましい。
【００１２】
本発明の被覆層および被植毛層には、前述の熱伝導性充填剤を分散配合されており、被覆層および被植毛層の熱伝導性への影響が小さい。この時、被覆層および被植毛層を電気絶縁性にすると、被植毛層側の面が電気絶縁性である異方性伝熱シートとなる。本発明の被植毛層は、静電植毛された熱伝導性繊維を直立させたまま固定するための薄く形成された層である。
【００１３】
本発明の液状高分子は、静電植毛された熱伝導性繊維間に浸入させるため、低粘度の液状高分子が好ましく、粘度が１０Ｐａ・ｓ以下のものを用いるのが好ましい。さらに浸入を促進するために、減圧下にて行うことも有効である。
この浸入させる方法としては、液状高分子をブレード塗り、注入、スプレー塗装等により少量づつ繊維間に浸入させ、均一にしみ込ませ徐々に所望の高さまで行うのが良い。
【００１４】
本発明の静電植毛の方法は、アップ方法、ダウン方法、サイド方法のいずれの方法でもよく、全面植毛もしくは捺染植毛にて、電極間にフロックである熱伝導性繊維を飛翔させ、被植毛層の表面に直立して配向させる。植毛された熱伝導性繊維は、被植毛層の表面に対して鉛直方向に植毛されていることが熱伝導の効率から最も好ましいが、斜めに植毛されていてもかまわない。
【００１５】
【実施例１】
液状付加型シリコーンゲル（ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）に熱伝導性充填剤として酸化アルミニウム粉末（昭和電工株式会社製）をシリコーンゲル１００部に対して４００部配合したシリコーンコンパウンドを、テフロンコーティングした剥離シート上にスクリーン印刷によって塗布し、厚さ６０μｍの被植毛層を形成し、アップ法の静電植毛により、長さ１ｍｍのポリベンザゾール短繊維（東洋紡績株式会社製  ザイロンAS・HM）からなる熱伝導性繊維を被植毛層の表面に配向させた。
【００１６】
さらに、液状付加型シリコーンゲル（ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）からなる液状高分子を熱伝導性繊維の端部が完全に隠れないように熱伝導性繊維間に浸入させ、表面を平らにし中間層として加熱硬化した。次いで、液状付加型シリコーンゲル（ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）に熱伝導性充填剤として酸化アルミニウム粉末（昭和電工株式会社製）をシリコーンゲル１００部に対して４００部配合したシリコーンコンパウンドを、すべての熱伝導性繊維の端部を完全に覆うように塗布し、被覆層として加熱硬化した。厚さ１.１ｍｍの異方性伝熱シートを得た。シートに含まれるポリベンザゾール短繊維の体積は３.４％であった。本実施例１による異方性伝熱シートの熱伝導率は１.２Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００１７】
【実施例２】
液状付加型シリコーンゲル（ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）に熱伝導性充填剤として酸化アルミニウム粉末（昭和電工株式会社製）をシリコーンゲル１００部に対して４００部配合したシリコーンコンパウンドを、テフロンコーティングした剥離シート上にスクリーン印刷によって塗布し、厚さ６０μｍの被植毛層を形成し、アップ法の静電植毛により、繊維長さ方向の熱伝導率が１０００Ｗ／ｍ・Ｋの短繊維グラファイト（株式会社ペトカ製  メルブロンミルド：直径９μｍ、平均長１００μｍ）からなる熱伝導性繊維を被植毛層の表面に直立配向させた。
【００１８】
さらに、液状付加型シリコーンゲル（ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）からなる液状高分子を熱伝導性繊維の端部が完全に隠れないように熱伝導繊維間に浸入させ表面を平らにし中間層として加熱硬化した。次いで、液状付加型シリコーンゲル（ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）に熱伝導性充填剤として酸化アルミニウム粉末（昭和電工株式会社製）をシリコーンゲル１００部に対して４００部配合したシリコーンコンパウンドを、すべての熱伝導性繊維の端部を完全に覆うように塗布し、被覆層として加熱硬化した。厚さ２００μｍの異方性伝熱シート５を得た。シートに含まれる炭素繊維の体積は４．２％であった。本実施例２による異方性伝熱シートの熱伝導率は６.０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は、静電植毛により熱伝導性繊維を配向することができるため、繊維長により伝熱シートの厚みが調節できることで薄いシートの形成が大変簡便になり、さらに熱伝導性繊維が中間層を貫通することで、粘度を低くするため熱伝導性充填剤を分散配合していない熱伝導率の低い中間層を用いても、厚み方向に高い熱伝導性を示す異方性伝熱シートが得られた。
本発明は、繊維配向に静電植毛の手法を用いることで、容易に熱伝導性繊維が配向した異方性伝熱シートが得られ、さらに静電植毛に使用した繊維長を選択することによりシートを任意の厚さに設計できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の異方性伝熱シートの縦断面図
【図２】本発明の実施の工程の縦断面図
【図３】本発明の実施の工程の縦断面図
【図４】本発明の実施の工程の縦断面図
【符号の説明】
１  熱伝導性繊維
２  中間層
３  突出部
４  熱伝導性充填剤
５  被覆層
６  被植毛層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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