(57)【要約】【課題】電子部品と放熱板との間の熱伝達を良好にし、放熱性に優れた熱伝導シートを製造することにある。【解決手段】熱伝導シートの製造方法において、樹脂または合成ゴム等と熱伝導性フィラーと微粒子フィラーを混練し、この混練物をプレス機又はカレンダーロール等で圧延し、混練物内のフィラーを配向させて配向シートとし、それを積層させた後、この積層体を所定厚みにスライスすることによって熱伝導性の高い熱伝導シートを製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂または合成ゴム等と、熱伝導性フィラーと、微粒子フィラーとを混練し、この混練物をプレス機又はカレンダーロール等で圧延し、混練物内の熱伝導フィラーを配向させて配向シートとし、それを積層させた後、この積層体を所定厚みにスライスすることによって製造される熱伝導シートにおいて、平滑な配向シートを効率良く容易に成形でき、高い生産性と熱伝導性を持つことを特徴とする熱伝導シートの製造方法。
【請求項２】
請求項１の熱伝導シート材料において、熱伝導性フィラーの他に、微粒子のフィラーが所定量分散されていることを特徴とする熱伝導シート材料の製造方法。
【請求項３】
請求項１の熱伝導シート材料において、未加硫の状態でも平滑な配向シートを効率よく容易に成形できることを特徴とする熱伝導シート材料の製造方法。
【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、高い放熱効果が得られる熱伝導シートの製造方法に関する物である。
【背景技術】
【０００２】
電子機器に搭載される各種部品からは熱が発生し、その熱によって、各種部品の特性の低下や破損、場合によっては周辺の電子部品の損傷をも招き、機器全体の耐久性に関わる。昨今、機器の小型化によって電子部品は高密度に配置されるようになり、各種部品からの放熱が極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の熱を放熱する場合、電子部品に密着させたアルミ板やヒートパイプを介して設けた放熱板に熱を伝え、この放熱板をファンによって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そのような放熱板との間には、接触熱抵抗を低く抑える目的で、高い熱伝導性を有するフィラーを混入した放熱グリスや、熱伝導シートを挟んで熱抵抗を抑え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、樹脂または合成ゴム等の中に金属や金属酸化物、セラミックス等のフィラーを混入して混練し、適当な厚みにシート化する等の方法が行われている。
【０００５】
この熱伝導シートにおいて、窒化ホウ素やグラファイトのような長さ方向に熱伝導異方性を持つフィラーを用いて、シートの厚み方向に垂直に配向させることで、その配向方向に極めて高い熱伝導性を持つシートが得られることが知られている。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、磁気配向法等様々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】
熱伝導異方性を持つフィラーをシートの厚み方向に配向させる第１の方法として、静電植毛する方法がある。静電植毛は、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与えることにより、帯電させたフィラーを放出口から植毛板上に撒いて粘着面に起立させて植毛した後、植毛されたフィラーの間に樹脂または合成ゴム等を充填し、これを板体から剥がしてシート状にするものである。しかし、この静電植毛法は、高密度に植毛することが困難であること、植毛後、フィラー間に樹脂または合成ゴム等を充填することが困難であること、静電植毛のための特別な装置を必要とする等の問題点がある。
【０００７】
熱伝導異方性を持つフィラーをシートの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、磁性を有するフィラーを樹脂または合成ゴム等に混入し板状とした後に、面外方向から強力な磁場を掛けてフィラーを配向させるものである。しかし、磁力を用いる方法では、フィラーが非磁性体でなければならないこと、フィラーを高密度に充填することができないこと、均一分布させることが困難なこと、高価な磁場発生器が必要であること等静電植毛の場合と同様の問題点がある。
【０００８】
そこでこれらの問題点を回避し得る方法として、特開２０１２−１５２７３には、樹脂または合成ゴム等と、熱伝導性フィラーとを混練し、混練物をプレス又はカレンダーロール等で混練物を圧延して配向シートとし、それを積層して積層体とし、その積層体をスライスすることによってフィラーを配向させた熱伝導シートを得る方法が記載されている。しかしながら、この方法は、スライスをするために積層体を０℃まで冷却する必要がある等シートの生産性を考えた場合、必ずしも十分とは言えなかった。
【０００９】
また、この熱伝導シートの熱伝導性を高めるためには、粒径の大きい例えば１５μm以上の熱伝導フィラーのみを充填することが望ましいが、そのような大粒径の熱伝導フィラーのみを充填した場合、混練物が脆くなり、特開２０１２−１５２７３に例示されるようなプレスや、ロール等で圧延して平滑な配向シートを成形するとは困難であり、特に未加硫状態ではそれが顕著であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−３０２５４５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、前記のごとく熱伝導フィラーを配向充填した熱伝導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、高い生産性と熱伝導性を持つ熱伝導シートを製造する方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、樹脂または合成ゴム等と熱伝導フィラーとを混練し、この混練物をプレス機又はカレンダーロール等で圧延し、混練物内の熱伝導フィラーを配向させて配向シートとし、それを積層させた後、この積層体を所定厚みにスライスすることによって製造される熱伝導シートにおいて、平滑な配向シートを効率良く容易に成形でき、高い生産性と熱伝導性を持つことを特徴とする熱伝導シートの製造方法。
【００１３】
また、本発明は、請求項１の熱伝導シート材料において、高い熱伝導性を得るために粒径の大きい例えば１５μｍ以上の熱伝導フィラーを多く充填しても、微粒子フィラーが所定量分散されていることによって、平滑な配向シートを効率良く容易に成形でき、高い生産性と熱伝導性を持つことを特徴とする熱伝導シート材料の製造方法。
【００１４】
また、本発明は、請求項１の熱伝導シート材料において、微粒子フィラーが所定量分散されていることによって、未加硫の状態でも平滑な配向シートを容易に成形できることを特徴とする熱伝導シート材料の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、混練物から配向シートを作製するにあたって、熱伝導性を高めるために粒径の大きい例えば１５μｍ以上の熱伝導フィラーを多く充填した場合であっても、微粒子フィラーを所定量分散させることによって、容易に平滑なシート状に成形することができ、高い生産性と熱伝導性をもつ熱伝導シート材料を提供することができる。また、未加硫の状態であっても平滑なシート状に成形することができるため、プレス機、カレンダーロール等の既存の装置によって、連続的に生産することに適した熱伝導シート材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の最も好ましい実施形態について図１に基づきさらに詳しく説明する。
【００１８】
本発明の熱伝導シートは、樹脂または合成ゴム等と熱伝導フィラーと、微粒子フィラーによって製造される。本発明は基本的に図１に示す各工程により構成され、樹脂または合成ゴム等と熱伝導フィラーと微粒子フィラーを混練して混練物を得る混練工程、混練物をプレス又はカレンダーロール等で圧延し、熱伝導フィラーを配向させて配向シートを作製する配向シート作製工程、配向シートを積層し、積層体を得る積層工程、積層体をスライスして熱伝導シートを得るスライス工程よりなる。
【００１９】
前記樹脂または合成ゴム等の材料としては、架橋型の合成ゴム系材料または樹脂系材料より選定することができる。具体的には、合成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、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性が高く、密着性、耐熱性が優れていることから最も好ましい。
【００２０】
また、前記樹脂または合成ゴム等の材料としては１液硬化型のものでもよく、２液硬化型のものでもよいが、ミラブルタイプのものが好ましい。なお、樹脂または合成ゴム等と熱伝導フィラーと微粒子フィラーとを混練した場合に、混練物が高粘度の場合はキシレン、トルエン等の有機溶剤により希釈してから混練してもよいが、有機溶剤が残留する場合、熱伝導シートの物性に影響を与えることも考えられるので、十分に乾燥させる工程を設けることが好ましい。
【００２１】
熱伝導フィラー用の材料としては、カーボングラファイト（黒鉛）、アルミナ、酸化亜鉛、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化珪素、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、熱伝導性を有するフィラーであればいずれの形状でも使用することが可能であるが、鱗片状、楕球状、又は棒状のフィラーが好ましい。特に、本発明においては、鱗片状、楕球状、又は棒状の黒鉛粒子及び六方晶窒化ホウ素粒子が熱伝導性の向上の観点から好ましく、中でも鱗片状の六方晶窒化ホウ素粒子が好ましい。
【００２２】
本発明で用いられる鱗片状の六方晶窒化ホウ素粒子としては、板状窒化ホウ素粉末、又は鱗片状窒化ホウ素粉末等の六方晶窒化ホウ素粒子が挙げられるが、特に鱗片状窒化ホウ素は粒子間接触も保ち易く、熱伝導性の観点から好ましい。フィラーの粒子径は、１５μｍ以上のできるだけ大きい粒子径が熱伝導性の観点から好ましい。
【００２３】
前記微粒子フィラー用の材料としては、カーボングラファイト（黒鉛）、アルミナ、酸化亜鉛、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化珪素、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、熱伝導性を有するフィラーであればいずれの形状でも使用することが可能である。フィラーの粒子径は、０．１〜５μｍが好ましい。
【００２４】
樹脂または合成ゴム等と熱伝導フィラーと微粒子フィラーとの配合割合は、樹脂または合成ゴム等を１００重量部に対して、熱伝導フィラーの割合が５０〜５００重量部、特に１００〜３００重量部であることが好ましい。熱伝導フィラーが５０重量部以下の場合は熱伝導度が低下し、５００重量部以上の場合は成形が困難となる。微粒子フィラーの割合は１〜１００重量部、特に５〜５０重量部であることが好ましい。微粒子フィラーが１重量部以下の場合は、配向シートの強度が不足し、１００重量部以上の場合は、成形が困難となる。
【００２５】
混練物はこれらを混合することにより得るが、混練方法は特に制限はなく、例えば、二軸ロールによる混練、ニーダーによる混練、３本ロールによる混練、又は押出機による混練等が可能である。また、混練物を溶剤により希釈してから混練した後、乾燥する方法も可能である。
【００２６】
次いで、前記混練物を圧延することによって配向シートを得るが、圧延方法は特に制限はなく、例えば、プレス機による圧延、カレンダーロールによる圧延等が可能であるが、特にカレンダーロールは連続的に成形でき、生産性の観点から好ましい。圧延後の配向シートの厚みは、１ｍｍ以下、特に０．２〜０．６ｍｍが生産性、熱伝導性の観点から好ましい。
【００２７】
次いで、前記配向シートを積層し、積層体を得るが、積層する方法は特に制限されず、例えば、複数の配向シートを積層する方法、またはカレンダーロール等で連続的に生産される配向シートをそのまま折り畳む方法や、巻き取る形で積層する方法等が挙げられる。積層枚数に制限はなく、所望の熱伝導シートのサイズに応じて積層すればよい。また、配向シートは圧延の過程で加硫しても、未加硫の状態でも良いが、特に未加硫の状態で積層することが積層間の接着性の観点から、好ましい。
【００２８】
次いで、前記積層体を、配向方向と垂直に所定の厚さにスライスすることによって熱伝導シートを得るが、スライスする方法は特に制限はなく、例えば、レーザーやウォータージェット、スライサー、鉋等によるスライス方法が挙げられるが、熱伝導シートの厚み公差を小さくしやすく、平滑なシートが得られやすい点で、スライサーや鉋が好ましい。また、その刃もより鋭利であるほうが好ましい。また、積層体は積層体のまま加硫しても、未加硫の状態であっても良いが、未加硫の状態でスライスすることが積層間の接着性の観点から、好ましい。
【００２９】
次いで、未加硫のまま熱伝導シートを得た場合、熱伝導シートを加硫させるが、加硫する方法は特に制限されず、例えばプレス加硫、オーブン加硫、塩浴による加硫等が挙げられ、加硫条件は使用するゴムに合わせて設定すれば良い。特に、シリコーンを使用する場合は、低分子シロキサン除去の目的で、２００℃雰囲気で２時間以上のオーブンでの２次加硫を行うことが好ましい。
【実施例】
【００３０】
本発明における実施例を以下に説明する。
【００３１】
（実施例）
合成ゴム材料としてミラブル型シリコーンゴム（東レダウコーニング社製：商品名ＤＹ３２−１００５Ｕ）を１００重量部、加硫剤Ａ（東レダウコーニング社製：商品名ＭＲ−５３）を０．６重量部、加硫剤Ｂ（東レダウコーニング社製：商品名ＲＣ−４）を１．４重量部、平均粒子径１６μｍの熱伝導フィラー（水島合金株式会社製：商品名ＨＰ−１ＣＡＷ）２０３重量部、平均粒子径２μｍの微粒子フィラー（エイアールブイ株式会社製：商品名ＡＲＶ−ＳｉＣ２μ）１２．５重量部、キシレン５０重量部を２軸ニーダーで２時間混練した。その後、ニーダー中で混練しながら真空ポンプによって溶剤除去を４時間行い、さらにこれを３本ロールで混練して混練物とした。
【００３２】
次にこの混練物をロール間０．２ｍｍのカレンダーロールに通して配向シートとした。
【００３３】
次にこの配向シートを一定の大きさに１５０枚切り出して積層し、高さ４５ｍｍの積層体とした。この積層体を小型プレス機にセットし、高さ４３ｍｍになるまでプレスし、プレスした状態のまま一晩放置した。
【００３４】
次にこの積層体を鉋によってフィラーの配向方向に対して垂直方向にスライスし、厚み０．３ｍｍの熱伝導シートを得た。
【００３５】
この熱伝導シートを、圧延されないように０．３ｍｍのスペーサーが敷かれたホットプレス機によって、１７０℃で１０分間加硫を行い、次いで２００℃の雰囲気で４時間オーブンでの２次加硫を行い、熱伝導シートを得た。
【００３６】
（比較例１）
微粒子フィラーを使用しない以外は比較例１と同様の方法で配向シートの成形を行ったが、混練物が脆く、配向シートを成形することが困難であった。
【００３７】
（比較例２）
比較例１と同様の方法で、配向シートが成形可能なところまで熱伝導フィラーの配合割合を下げて熱伝導シートを得た。その時の熱伝導フィラーの配合割合は１８０重量部であった。
【００３８】
（比較例３）
熱伝導フィラーを、平均粒子径１６μｍの熱伝導フィラー（水島合金株式会社製：商品名ＨＰ−１ＣＡＷ）１１０重量部と平均粒子径１μｍの熱伝導フィラー（水島合金株式会社製：商品名ＨＰ−１）９３重量部、合計２０３重量部とした以外は、実施例１と同様の方法で熱伝導シートを得た。
【００３９】
本実施例および比較例によって作製した熱伝導シートにつき熱伝導性能と、成形性を比較した結果を表１に示す。
【表１】
2013225541.tif 000003
【００４０】
このことから熱伝導性向上のために粒子径の大きい熱伝導フィラーを多く配合された材料であっても、本実施例による製造方法によって製造される場合、良好な成形性を持つことが示された。また、本実施例の製造工程において、配向シートを未加硫の状態で得ており、生産方法に幅が広がり、プレス機、カレンダーロール等様々な既存の装置によって、連続的に生産することに適した生産性の高い熱伝導シート材料の製造方法であることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明による熱伝導シートは、電子機器内部の発熱部分に装着することにより、ＣＰＵ等の各種電子部品から発生する熱を極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１】
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