JP2000191812A - 熱伝導性シ―ト - Google Patents
熱伝導性シ―トInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電気製品に使用される半導体素子や電源、光源
などの部品から発生する熱を効果的に放散させる高い熱
伝導性と電気絶縁性を兼ね備えた熱伝導性シート。 【解決手段】熱伝導性充填剤として黒鉛化炭素繊維を含
有させたシリコーンゴムからなるシートの少なくとも片
面に体積抵抗率が１０６Ωｃｍ以上の電気絶縁性層を積
層した。
などの部品から発生する熱を効果的に放散させる高い熱
伝導性と電気絶縁性を兼ね備えた熱伝導性シート。 【解決手段】熱伝導性充填剤として黒鉛化炭素繊維を含
有させたシリコーンゴムからなるシートの少なくとも片
面に体積抵抗率が１０６Ωｃｍ以上の電気絶縁性層を積
層した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高い熱伝導性と電気
絶縁性が要求される熱伝導性シートに関する。さらに詳
しくは、電気製品に使用される各種半導体素子や電源、
光源、部品などから発生する熱を効果的に放散させる高
い熱伝導性と電気絶縁性を兼ね備えた熱伝導性シートに
関する。
絶縁性が要求される熱伝導性シートに関する。さらに詳
しくは、電気製品に使用される各種半導体素子や電源、
光源、部品などから発生する熱を効果的に放散させる高
い熱伝導性と電気絶縁性を兼ね備えた熱伝導性シートに
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、発熱する電子部品と放熱させ
る部材とを接合させる目的でシリコーンゴム系の柔軟な
熱伝導性シートが使用されている。これらの熱伝導性シ
ートには、熱伝導性を高めるために、銀、銅、金、アル
ミニウム、ニッケルなどの熱伝導率の大きい金属や合
金、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ
素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化
ケイ素などのセラミックス製の粉末状や繊維状の熱伝導
率が大きい充填剤が充填されている。
る部材とを接合させる目的でシリコーンゴム系の柔軟な
熱伝導性シートが使用されている。これらの熱伝導性シ
ートには、熱伝導性を高めるために、銀、銅、金、アル
ミニウム、ニッケルなどの熱伝導率の大きい金属や合
金、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ
素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化
ケイ素などのセラミックス製の粉末状や繊維状の熱伝導
率が大きい充填剤が充填されている。
【０００３】熱伝導性充填材として炭素繊維をシリコー
ンゴムなどに配合する熱伝導性シートは公知である。例
えば、特開平９−２８３９５５号公報では、特定の平均
アスペクト比の黒鉛質炭素繊維をシリコーンゴムなどの
マトリックス中に分散した放熱シートが提案されてい
る。
ンゴムなどに配合する熱伝導性シートは公知である。例
えば、特開平９−２８３９５５号公報では、特定の平均
アスペクト比の黒鉛質炭素繊維をシリコーンゴムなどの
マトリックス中に分散した放熱シートが提案されてい
る。
【０００４】ところが、このような従来の炭素繊維を分
散した熱伝導性シートは導電性があるため、電気絶縁性
を要求される用途には使用できなかった。しかしなが
ら、特許第２６９５５６３号公報によれば、電気絶縁性
を有する被膜で被覆された炭素繊維を、その被膜に対し
て相溶性を有する合成樹脂に均一分散することによって
電気絶縁性を有する伝熱用材料が提唱されている。
散した熱伝導性シートは導電性があるため、電気絶縁性
を要求される用途には使用できなかった。しかしなが
ら、特許第２６９５５６３号公報によれば、電気絶縁性
を有する被膜で被覆された炭素繊維を、その被膜に対し
て相溶性を有する合成樹脂に均一分散することによって
電気絶縁性を有する伝熱用材料が提唱されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】特許第２６９５５６３
号の方法では、炭素繊維を電気絶縁性被膜で被覆するこ
とが容易でなく、かつその組成や製造方法、電気的性質
に関しては詳細が不明であり、十分な電気絶縁性を兼ね
備えた熱伝導性シートとはなっていない。そのため電気
絶縁性と熱伝導性の両方を要求される用途には利用する
ことができなかった。
号の方法では、炭素繊維を電気絶縁性被膜で被覆するこ
とが容易でなく、かつその組成や製造方法、電気的性質
に関しては詳細が不明であり、十分な電気絶縁性を兼ね
備えた熱伝導性シートとはなっていない。そのため電気
絶縁性と熱伝導性の両方を要求される用途には利用する
ことができなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決する目的で、電気製品に使用される半導体素子や電
源、光源などの部品から発生する熱を効果的に放散させ
る高い熱伝導性と電気絶縁性を兼ね備えた熱伝導性シー
トを提供するものである。すなわち、本発明は、熱伝導
性充填剤として黒鉛化炭素繊維を含有させたシリコーン
ゴムからなるシートの少なくとも片面を電気絶縁性処理
したことを特徴とする熱伝導性シートである。
解決する目的で、電気製品に使用される半導体素子や電
源、光源などの部品から発生する熱を効果的に放散させ
る高い熱伝導性と電気絶縁性を兼ね備えた熱伝導性シー
トを提供するものである。すなわち、本発明は、熱伝導
性充填剤として黒鉛化炭素繊維を含有させたシリコーン
ゴムからなるシートの少なくとも片面を電気絶縁性処理
したことを特徴とする熱伝導性シートである。
【０００７】さらに、熱伝導性充填剤として黒鉛化炭素
繊維を含有させたシリコーンゴムからなるシートの少な
くとも片面に体積抵抗率が１０６Ωｃｍ以上の電気絶縁
性層を積層したことを特徴とする熱伝導性シートであ
る。本発明で使用する熱伝導性充填剤である黒鉛化炭素
繊維としては、ＰＡＮ系よりもピッチ系やメソフェーズ
ピッチ系を主原料とし、溶融紡糸、不融化、炭化などの
処理工程後に、２０００〜３０００℃あるいは３０００
℃を越える高温で熱処理し、黒鉛構造の発達したピッチ
系炭素繊維とした。これは繊維長さ方向の熱伝導率が大
きくて好ましい。さらに気相成長法によって得られるピ
ッチ系の黒鉛化炭素繊維も好適である。
繊維を含有させたシリコーンゴムからなるシートの少な
くとも片面に体積抵抗率が１０６Ωｃｍ以上の電気絶縁
性層を積層したことを特徴とする熱伝導性シートであ
る。本発明で使用する熱伝導性充填剤である黒鉛化炭素
繊維としては、ＰＡＮ系よりもピッチ系やメソフェーズ
ピッチ系を主原料とし、溶融紡糸、不融化、炭化などの
処理工程後に、２０００〜３０００℃あるいは３０００
℃を越える高温で熱処理し、黒鉛構造の発達したピッチ
系炭素繊維とした。これは繊維長さ方向の熱伝導率が大
きくて好ましい。さらに気相成長法によって得られるピ
ッチ系の黒鉛化炭素繊維も好適である。
【０００８】シリコーンゴムに含有させる黒鉛化炭素繊
維の濃度は１０〜８０体積％が好ましい。１０体積％よ
りも少ないと得られる熱伝導性シートの熱伝導率が小さ
くて放熱特性が劣り、８０体積％を越えると配合組成物
の粘度が増大して繊維を均一に分散させることが困難に
なり、かつ、気泡の混入が避けられず好ましくない。
維の濃度は１０〜８０体積％が好ましい。１０体積％よ
りも少ないと得られる熱伝導性シートの熱伝導率が小さ
くて放熱特性が劣り、８０体積％を越えると配合組成物
の粘度が増大して繊維を均一に分散させることが困難に
なり、かつ、気泡の混入が避けられず好ましくない。
【０００９】さらに好ましい黒鉛化炭素繊維の濃度は、
２０〜７０体積％の範囲である。黒鉛化炭素繊維の繊維
長さ方向の熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫ以上が好ましく、
さらに好ましくは４００Ｗ／ｍＫ以上、さらに好ましく
は１０００Ｗ／ｍＫ以上である。また、黒鉛化炭素繊維
の形状については、短繊維、長繊維、織布、不織布、フ
ェルト状、マット状、紙状など特定するものではなくい
ずれの形状の黒鉛化炭素繊維でも適応可能である。単繊
維形状の場合、黒鉛化炭素繊維の平均直径は、５〜２０
μｍ、平均長さは２０〜８００μｍの範囲がシリコーン
ゴムへ容易に充填することができ、得られる熱伝導性シ
ートの熱伝導率が大きくなるので好ましい。平均直径が
５μｍよりも小さい場合や、平均長さが８００μｍより
も長い場合は、シリコーンゴムに高濃度で配合すること
が困難になる。一方、黒鉛化炭素繊維の平均直径が２０
μｍを越えると、繊維の生産性が低下するので好ましく
ない。平均長さが２０μｍよりも短いとかさ比重が小さ
くなり、製造工程中の取扱い性や作業性に問題が生じる
ことがあるので好ましくない。また、短繊維の分散状態
については、図４や図５に示すように短繊維が一定方向
に配向したタイプや、図２に示すようにランダムに分散
したタイプなど公知の分散状態のものが含まれる。一
方、黒鉛化炭素繊維が長繊維、織布、不織布、フェルト
状、マット状、紙状などの形状の場合には、その繊維の
直径や長さ、織り方、目付け量、厚みなどの形状に関し
ては何ら制限するものではなく公知のものが使用でき
る。
２０〜７０体積％の範囲である。黒鉛化炭素繊維の繊維
長さ方向の熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫ以上が好ましく、
さらに好ましくは４００Ｗ／ｍＫ以上、さらに好ましく
は１０００Ｗ／ｍＫ以上である。また、黒鉛化炭素繊維
の形状については、短繊維、長繊維、織布、不織布、フ
ェルト状、マット状、紙状など特定するものではなくい
ずれの形状の黒鉛化炭素繊維でも適応可能である。単繊
維形状の場合、黒鉛化炭素繊維の平均直径は、５〜２０
μｍ、平均長さは２０〜８００μｍの範囲がシリコーン
ゴムへ容易に充填することができ、得られる熱伝導性シ
ートの熱伝導率が大きくなるので好ましい。平均直径が
５μｍよりも小さい場合や、平均長さが８００μｍより
も長い場合は、シリコーンゴムに高濃度で配合すること
が困難になる。一方、黒鉛化炭素繊維の平均直径が２０
μｍを越えると、繊維の生産性が低下するので好ましく
ない。平均長さが２０μｍよりも短いとかさ比重が小さ
くなり、製造工程中の取扱い性や作業性に問題が生じる
ことがあるので好ましくない。また、短繊維の分散状態
については、図４や図５に示すように短繊維が一定方向
に配向したタイプや、図２に示すようにランダムに分散
したタイプなど公知の分散状態のものが含まれる。一
方、黒鉛化炭素繊維が長繊維、織布、不織布、フェルト
状、マット状、紙状などの形状の場合には、その繊維の
直径や長さ、織り方、目付け量、厚みなどの形状に関し
ては何ら制限するものではなく公知のものが使用でき
る。
【００１０】これらの黒鉛化炭素繊維表面は、あらかじ
め電解酸化などによる公知の酸化処理を施しておいても
良い。また、黒鉛化炭素繊維表面に金属やセラミックス
などを無電解メッキ法、電解メッキ法、真空蒸着やスパ
ッタリングなどによる物理的蒸着法、化学的蒸着法、塗
装、浸漬、微細粒子を機械的に固着させるメカノケミカ
ル法などの方法によって被覆することもできる。
め電解酸化などによる公知の酸化処理を施しておいても
良い。また、黒鉛化炭素繊維表面に金属やセラミックス
などを無電解メッキ法、電解メッキ法、真空蒸着やスパ
ッタリングなどによる物理的蒸着法、化学的蒸着法、塗
装、浸漬、微細粒子を機械的に固着させるメカノケミカ
ル法などの方法によって被覆することもできる。
【００１１】黒鉛化炭素繊維を充填するマトリックスと
なるシリコーンゴムは、公知のオルガノポリシロキサン
を硬化することによって得られる。硬化方法については
限定するものではなく、ビニル基を含むオルガノポリシ
ロキサンとケイ素原子にハイドロジェン基を含むオルガ
ノポリシロキサンと白金系触媒からなる付加反応タイ
プ、有機過酸化物によるラジカル反応タイプ、縮合反応
タイプ、紫外線や電子線による硬化タイプなどが挙げら
れる。なかでも、黒鉛化炭素繊維を充填しやすい液状の
付加反応タイプのオルガノポリシロキサンを用いること
が好ましい。また、公知の補強用のシリカや難燃剤、着
色剤、耐熱性向上剤、接着助剤、粘着剤、オイル、可塑
剤などを適宜配合することができる。
なるシリコーンゴムは、公知のオルガノポリシロキサン
を硬化することによって得られる。硬化方法については
限定するものではなく、ビニル基を含むオルガノポリシ
ロキサンとケイ素原子にハイドロジェン基を含むオルガ
ノポリシロキサンと白金系触媒からなる付加反応タイ
プ、有機過酸化物によるラジカル反応タイプ、縮合反応
タイプ、紫外線や電子線による硬化タイプなどが挙げら
れる。なかでも、黒鉛化炭素繊維を充填しやすい液状の
付加反応タイプのオルガノポリシロキサンを用いること
が好ましい。また、公知の補強用のシリカや難燃剤、着
色剤、耐熱性向上剤、接着助剤、粘着剤、オイル、可塑
剤などを適宜配合することができる。
【００１２】黒鉛化繊維の表面処理を目的として、黒鉛
化炭素繊維の表面を公知のカップリング剤やサイジング
剤で処理することによってマトリックスのシリコーンゴ
ムとの濡れ性や充填性を向上させたりシリコーンゴムと
繊維界面の剥離強度を改良することが可能である。
化炭素繊維の表面を公知のカップリング剤やサイジング
剤で処理することによってマトリックスのシリコーンゴ
ムとの濡れ性や充填性を向上させたりシリコーンゴムと
繊維界面の剥離強度を改良することが可能である。
【００１３】さらに、本発明の熱伝導性シートの原料組
成物には、黒鉛化炭素繊維のほか、他の粉末形状や繊維
形状の金属やセラミックス、具体的には、銀、銅、金、
酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウ
ム、炭化ケイ素などや金属被覆樹脂などの従来の熱伝導
性シートに使用されている熱伝導率が大きな充填剤や、
通常のＰＡＮ系あるいはピッチ系の黒鉛化していない炭
素繊維を併用することも可能である。また、組成物の粘
度を低下させるためには、揮発しやすい有機溶剤や反応
性可塑剤を添加すると効果的である。
成物には、黒鉛化炭素繊維のほか、他の粉末形状や繊維
形状の金属やセラミックス、具体的には、銀、銅、金、
酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウ
ム、炭化ケイ素などや金属被覆樹脂などの従来の熱伝導
性シートに使用されている熱伝導率が大きな充填剤や、
通常のＰＡＮ系あるいはピッチ系の黒鉛化していない炭
素繊維を併用することも可能である。また、組成物の粘
度を低下させるためには、揮発しやすい有機溶剤や反応
性可塑剤を添加すると効果的である。
【００１４】硬化させた熱伝導性シートの硬度について
は、使用する用途に応じて決定すれば良いけれども、使
用時の応力緩和性と追随性に関しては柔軟な低硬度ほど
有利である。具体的な硬度としては、ショアーＡ硬度で
９０以下、好ましくは６０以下の低硬度品が好適であ
る。さらに図９のような凹凸のある複数の半導体パッケ
ージなどの発熱する電子部品と伝熱部材間に介在させて
使用する際には、アスカーＣ硬度が３０以下のゲル状の
低硬度品が望ましい。
は、使用する用途に応じて決定すれば良いけれども、使
用時の応力緩和性と追随性に関しては柔軟な低硬度ほど
有利である。具体的な硬度としては、ショアーＡ硬度で
９０以下、好ましくは６０以下の低硬度品が好適であ
る。さらに図９のような凹凸のある複数の半導体パッケ
ージなどの発熱する電子部品と伝熱部材間に介在させて
使用する際には、アスカーＣ硬度が３０以下のゲル状の
低硬度品が望ましい。
【００１５】本発明では基材となる熱伝導性シートの少
なくとも片面を電気絶縁性処理することが重要である。
この電気絶縁性処理とは、体積抵抗率が１０６Ωｃｍ以
上の電気絶縁性材料からなる層を設けることを意味す
る。体積抵抗率が１０６Ωｃｍ未満であると、電極やリ
ード、電気配線などがショートするなどの電気的なトラ
ブルが発生して電子機器が作動しなくなるので好ましく
ない。
なくとも片面を電気絶縁性処理することが重要である。
この電気絶縁性処理とは、体積抵抗率が１０６Ωｃｍ以
上の電気絶縁性材料からなる層を設けることを意味す
る。体積抵抗率が１０６Ωｃｍ未満であると、電極やリ
ード、電気配線などがショートするなどの電気的なトラ
ブルが発生して電子機器が作動しなくなるので好ましく
ない。
【００１６】具体的な構成や製法については限定するも
のではないけれども、 体積抵抗率が１０６Ωｃｍ以上のゴムや熱可塑性エラ
ストマー、樹脂、セラミックスからなるフィルム（具体
的にはＰＥＴフィルムやポリイミドフィルム、フッ素フ
ィルム、シリコーンフィルムなど）を積層する構成、 体積抵抗率が１０６Ωｃｍ以上の塗料（ウレタン塗
料、シリコーン塗料、アクリル塗料など）やインキを塗
装や印刷方式でコーティングする構成、 電気絶縁性の粉粒体を付着あるいは塗布させる構成な
どが挙げられる。なかでも、黒鉛化炭素繊維を含有する
シリコーンゴムからなる基材シート層と、体積抵抗率が
１０６Ωｃｍ以上の電気絶縁性のフィルムやシート層を
同時に加硫して積層するか、あるいは各々個別のシート
を接着や融着などの方法によって積層する熱伝導性シー
トが生産性も良く好適である。
のではないけれども、 体積抵抗率が１０６Ωｃｍ以上のゴムや熱可塑性エラ
ストマー、樹脂、セラミックスからなるフィルム（具体
的にはＰＥＴフィルムやポリイミドフィルム、フッ素フ
ィルム、シリコーンフィルムなど）を積層する構成、 体積抵抗率が１０６Ωｃｍ以上の塗料（ウレタン塗
料、シリコーン塗料、アクリル塗料など）やインキを塗
装や印刷方式でコーティングする構成、 電気絶縁性の粉粒体を付着あるいは塗布させる構成な
どが挙げられる。なかでも、黒鉛化炭素繊維を含有する
シリコーンゴムからなる基材シート層と、体積抵抗率が
１０６Ωｃｍ以上の電気絶縁性のフィルムやシート層を
同時に加硫して積層するか、あるいは各々個別のシート
を接着や融着などの方法によって積層する熱伝導性シー
トが生産性も良く好適である。
【００１７】積層するフィルムやシートとしては、酸化
アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、
炭化ケイ素などの高熱伝導性充填剤を含む高熱伝導性Ｐ
ＥＴフィルムや高熱伝導性ポリイミドフィルムも市販品
が容易に入手できるので応用しやすい。電気絶縁性の塗
料やインキをコーティングする場合には、基材シートの
片面のみならず、シートの全面あるいは特定箇所を部分
的にスクリーン印刷やパッド印刷することもできる。
アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、
炭化ケイ素などの高熱伝導性充填剤を含む高熱伝導性Ｐ
ＥＴフィルムや高熱伝導性ポリイミドフィルムも市販品
が容易に入手できるので応用しやすい。電気絶縁性の塗
料やインキをコーティングする場合には、基材シートの
片面のみならず、シートの全面あるいは特定箇所を部分
的にスクリーン印刷やパッド印刷することもできる。
【００１８】体積抵抗率以外の電気絶縁性層の物性につ
いては特に限定しないけれども、厚みについては５μｍ
〜２ｍｍの範囲が好ましい。電気絶縁性層の厚みが５μ
ｍよりも薄いと製造しにくいとともに電気絶縁性が不十
分である。２ｍｍよりも厚くなると最終的な熱伝導性シ
ートの熱伝導性が低下するとともに、シートの剛性が増
大して柔軟性が無くなり使用時の発熱する素子と伝熱部
材と間隙に介在させる際の形状追随性が損なわれてしま
う。より大きな熱伝導性を得るためには、電気絶縁性層
の熱伝導率は、０．４Ｗ／ｍＫ以上、さらに好ましくは
１Ｗ／ｍＫ以上の電気絶縁性層を形成すると良い。
いては特に限定しないけれども、厚みについては５μｍ
〜２ｍｍの範囲が好ましい。電気絶縁性層の厚みが５μ
ｍよりも薄いと製造しにくいとともに電気絶縁性が不十
分である。２ｍｍよりも厚くなると最終的な熱伝導性シ
ートの熱伝導性が低下するとともに、シートの剛性が増
大して柔軟性が無くなり使用時の発熱する素子と伝熱部
材と間隙に介在させる際の形状追随性が損なわれてしま
う。より大きな熱伝導性を得るためには、電気絶縁性層
の熱伝導率は、０．４Ｗ／ｍＫ以上、さらに好ましくは
１Ｗ／ｍＫ以上の電気絶縁性層を形成すると良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の熱伝導性シートは、シリ
コーンゴム中に黒鉛化炭素繊維を含有させたシートの少
なくとも片面を電気絶縁性処理することによって製造す
ることができる。基材となるシートは、黒鉛化炭素繊維
が短繊維形状の場合の短繊維の分散状態としては、シリ
コーンゴム中に所定量の黒鉛化炭素繊維を混合してラン
ダムに分散するか、あるいは一定方向に配向させること
ができる。
コーンゴム中に黒鉛化炭素繊維を含有させたシートの少
なくとも片面を電気絶縁性処理することによって製造す
ることができる。基材となるシートは、黒鉛化炭素繊維
が短繊維形状の場合の短繊維の分散状態としては、シリ
コーンゴム中に所定量の黒鉛化炭素繊維を混合してラン
ダムに分散するか、あるいは一定方向に配向させること
ができる。
【００２０】短繊維を一定方向に配向させる方法として
は、ブレードやカレンダーロール、押出機などの流動配
向を利用して面内の一方向に配向させる方法や一方向に
配向させたシートを重ねたブロック状の成形体をスライ
ス加工する方法など公知の方法で実施できる。長繊維や
織布、不織布、フェルト状、マット状、紙状などの形状
からなる黒鉛化炭素繊維の場合には、これらの黒鉛化炭
素繊維にシリコーンゴムを注入したり圧入する方法やプ
レス成形して基材となるシートを得ることができる。こ
のシートの少なくとも片面を電気絶縁性処理することに
よって本発明の熱伝導性シートを製造することができ
る。
は、ブレードやカレンダーロール、押出機などの流動配
向を利用して面内の一方向に配向させる方法や一方向に
配向させたシートを重ねたブロック状の成形体をスライ
ス加工する方法など公知の方法で実施できる。長繊維や
織布、不織布、フェルト状、マット状、紙状などの形状
からなる黒鉛化炭素繊維の場合には、これらの黒鉛化炭
素繊維にシリコーンゴムを注入したり圧入する方法やプ
レス成形して基材となるシートを得ることができる。こ
のシートの少なくとも片面を電気絶縁性処理することに
よって本発明の熱伝導性シートを製造することができ
る。
【００２１】図２は基材のシートとして短繊維状の黒鉛
化炭素繊維をランダムに分散配向させ、片面に体積抵抗
率が１０１３Ωｃｍのシリコーンゴム層からなる電気絶
縁性層を積層した本発明の熱伝導性シートの断面図を例
示している。図４は電気絶縁性層として体積抵抗率が１
０１６Ωｃｍ以上のポリイミドフィルムを接着させた本
発明の熱伝導性シートである。発熱する半導体素子６と
伝熱部材間８（図７にてはプリント基板５）に、本発明
の熱伝導性シート７を介在させて図６〜図８に例示する
放熱性に優れる半導体装置を製造することができる。伝
熱部材８としては、通常の放熱器や冷却器、ヒートシン
ク、ヒートスプレッダー、ダイパッド、プリント基板、
冷却ファン、ヒートパイプ、筐体などが挙げられる。
化炭素繊維をランダムに分散配向させ、片面に体積抵抗
率が１０１３Ωｃｍのシリコーンゴム層からなる電気絶
縁性層を積層した本発明の熱伝導性シートの断面図を例
示している。図４は電気絶縁性層として体積抵抗率が１
０１６Ωｃｍ以上のポリイミドフィルムを接着させた本
発明の熱伝導性シートである。発熱する半導体素子６と
伝熱部材間８（図７にてはプリント基板５）に、本発明
の熱伝導性シート７を介在させて図６〜図８に例示する
放熱性に優れる半導体装置を製造することができる。伝
熱部材８としては、通常の放熱器や冷却器、ヒートシン
ク、ヒートスプレッダー、ダイパッド、プリント基板、
冷却ファン、ヒートパイプ、筐体などが挙げられる。
【００２２】以下、実施例をあげて本発明をさらに詳細
に説明する。なお、以下、体積抵抗率はＪＩＳ−Ｋ６９
１１に準拠し、熱伝導率はレーザーフラッシュ法によっ
て測定した。
に説明する。なお、以下、体積抵抗率はＪＩＳ−Ｋ６９
１１に準拠し、熱伝導率はレーザーフラッシュ法によっ
て測定した。
【実施例１】平均直径１３μｍ、平均長さ１００μｍ、
繊維方向の熱伝導率が１４００Ｗ／ｍＫの黒鉛化炭素繊
維（大阪ガス株式会社製 ドナカーボＭＧII）４５体積
％と、付加型の液状シリコーゴム（東レダウコーニング
シリコーン株式会社製）５５体積％からなる組成物を混
合分散し真空脱泡した組成物を加熱プレス成形して厚み
２ｍｍのシートを作製した。このシート上に、熱伝導性
充填材として酸化アルミニウム粉末を含有する付加型の
熱伝導性シリコーンゴムコンパウンド（東芝シリコーン
株式会社製）を積層して硬化し厚み１００μｍの体積抵
抗率１０１３Ωｃｍ、熱伝導率１．４Ｗ／ｍＫの柔軟な
電気絶縁性層を形成させた。得られた熱伝導性シートの
断面は図２のような状態で、シート中の黒鉛化炭素繊維
はランダムに分散し、厚み方向の熱伝導率は３．８Ｗ／
ｍＫであった。
繊維方向の熱伝導率が１４００Ｗ／ｍＫの黒鉛化炭素繊
維（大阪ガス株式会社製 ドナカーボＭＧII）４５体積
％と、付加型の液状シリコーゴム（東レダウコーニング
シリコーン株式会社製）５５体積％からなる組成物を混
合分散し真空脱泡した組成物を加熱プレス成形して厚み
２ｍｍのシートを作製した。このシート上に、熱伝導性
充填材として酸化アルミニウム粉末を含有する付加型の
熱伝導性シリコーンゴムコンパウンド（東芝シリコーン
株式会社製）を積層して硬化し厚み１００μｍの体積抵
抗率１０１３Ωｃｍ、熱伝導率１．４Ｗ／ｍＫの柔軟な
電気絶縁性層を形成させた。得られた熱伝導性シートの
断面は図２のような状態で、シート中の黒鉛化炭素繊維
はランダムに分散し、厚み方向の熱伝導率は３．８Ｗ／
ｍＫであった。
【００２３】
【実施例２】実施例１と同様の黒鉛化炭素繊維と液状シ
リコーゴムからなる組成物を、厚みが１ｍｍになるよう
にドクターブレード法で黒鉛化炭素繊維を一定方向に流
動配向させ、これを積層して加熱硬化させて、ブロック
状のシリコーンゴム成形体を作製した。このブロック状
シリコーンゴム成形体を、内部の配向した繊維長さ方向
に対して直角方向にスライス加工して厚み２ｍｍのシー
トを作製した。このシート上に、熱伝導性充填材を含有
する厚み２５μｍ、熱伝導率０．４５Ｗ／ｍＫのポリイ
ミドフィルム（東レデュポン株式会社製 カプトンＭＴ
タイプ）を積層し、体積抵抗率１０１３Ωｃｍ以上の電
気絶縁性層を形成させた。得られた熱伝導性シートの断
面は図４のような状態で、シート中の黒鉛化炭素繊維は
厚み方向に配向し、厚み方向の熱伝導率は１１．５Ｗ／
ｍＫであった。
リコーゴムからなる組成物を、厚みが１ｍｍになるよう
にドクターブレード法で黒鉛化炭素繊維を一定方向に流
動配向させ、これを積層して加熱硬化させて、ブロック
状のシリコーンゴム成形体を作製した。このブロック状
シリコーンゴム成形体を、内部の配向した繊維長さ方向
に対して直角方向にスライス加工して厚み２ｍｍのシー
トを作製した。このシート上に、熱伝導性充填材を含有
する厚み２５μｍ、熱伝導率０．４５Ｗ／ｍＫのポリイ
ミドフィルム（東レデュポン株式会社製 カプトンＭＴ
タイプ）を積層し、体積抵抗率１０１３Ωｃｍ以上の電
気絶縁性層を形成させた。得られた熱伝導性シートの断
面は図４のような状態で、シート中の黒鉛化炭素繊維は
厚み方向に配向し、厚み方向の熱伝導率は１１．５Ｗ／
ｍＫであった。
【００２４】
【実施例３】実施例２と同様の黒鉛化炭素繊維と液状シ
リコーゴムからなる組成物を加熱硬化した黒鉛化炭素繊
維が厚み方向を配向させた厚み２ｍｍのシート全面に短
波長紫外線を照射して表面改質させ、シランカップリン
グ剤で処理した後に、シート全面にウレタン系塗料（武
蔵塗料株式会社製 ラバサン）を厚み４０μｍになるよ
うに塗装して加熱硬化させた。得られた熱伝導性シート
の断面は図５のような状態で、表面のウレタン系電気絶
縁性層の体積抵抗率は１０１２Ωｃｍ以上、厚み方向の
熱伝導率は１０．２Ｗ／ｍＫであった。
リコーゴムからなる組成物を加熱硬化した黒鉛化炭素繊
維が厚み方向を配向させた厚み２ｍｍのシート全面に短
波長紫外線を照射して表面改質させ、シランカップリン
グ剤で処理した後に、シート全面にウレタン系塗料（武
蔵塗料株式会社製 ラバサン）を厚み４０μｍになるよ
うに塗装して加熱硬化させた。得られた熱伝導性シート
の断面は図５のような状態で、表面のウレタン系電気絶
縁性層の体積抵抗率は１０１２Ωｃｍ以上、厚み方向の
熱伝導率は１０．２Ｗ／ｍＫであった。
【００２５】
【比較例１】平均直径１３μｍ、平均長さ１００μｍ、
繊維方向の熱伝導率が１４００Ｗ／ｍＫの黒鉛化炭素繊
維（大阪ガス株式会社製 ドナカーボＭＧII）４５体積
％と、付加型の液状シリコーゴム（東レダウコーニング
シリコーン株式会社製）５５体積％からなる組成物を混
合分散し真空脱泡した組成物を加熱硬化して厚み２ｍｍ
のシートを作製した。得られた熱伝導性シートの断面は
図１のような状態で、体積抵抗率は１０２〜１０４Ωｃ
ｍ、厚み方向の熱伝導率は３．４Ｗ／ｍＫであった。
繊維方向の熱伝導率が１４００Ｗ／ｍＫの黒鉛化炭素繊
維（大阪ガス株式会社製 ドナカーボＭＧII）４５体積
％と、付加型の液状シリコーゴム（東レダウコーニング
シリコーン株式会社製）５５体積％からなる組成物を混
合分散し真空脱泡した組成物を加熱硬化して厚み２ｍｍ
のシートを作製した。得られた熱伝導性シートの断面は
図１のような状態で、体積抵抗率は１０２〜１０４Ωｃ
ｍ、厚み方向の熱伝導率は３．４Ｗ／ｍＫであった。
【００２６】
【比較例２】実施例２と同様に、黒鉛化炭素繊維と液状
シリコーゴムからなるブロック状シリコーンゴム成形体
を積層した方向に対して直角方向にスライスし、厚み方
向に黒鉛化炭素繊維が配向した厚み２ｍｍのシートを作
製した。得られた熱伝導性シートの断面は図３のような
状態で、体積抵抗率は１０２〜１０４Ωｃｍ、厚み方向
の熱伝導率は１１．８Ｗ／ｍＫであった。
シリコーゴムからなるブロック状シリコーンゴム成形体
を積層した方向に対して直角方向にスライスし、厚み方
向に黒鉛化炭素繊維が配向した厚み２ｍｍのシートを作
製した。得られた熱伝導性シートの断面は図３のような
状態で、体積抵抗率は１０２〜１０４Ωｃｍ、厚み方向
の熱伝導率は１１．８Ｗ／ｍＫであった。
【００２７】本発明の実施例１〜３の熱伝導性シート７
を、図９に記すプリント基板５に実装した高さが異なる
複数の半導体パッケージ９と伝熱部材となる筐体１０の
間に、配置して半導体装置を組み立てた。装置に通電し
たところ、いずれも放熱特性は良好で正常に作動した。
比較例１〜２の従来の熱伝導性シートである熱伝導性シ
ート７を、図１３に記すプリント基板５に実装した高さ
が異なる複数の半導体パッケージ９と伝熱部材となる筐
体１０の間に、配置して半導体装置を組み立てた。装置
に通電したところ、いずれも配線がショートして装置は
作動しなかった。
を、図９に記すプリント基板５に実装した高さが異なる
複数の半導体パッケージ９と伝熱部材となる筐体１０の
間に、配置して半導体装置を組み立てた。装置に通電し
たところ、いずれも放熱特性は良好で正常に作動した。
比較例１〜２の従来の熱伝導性シートである熱伝導性シ
ート７を、図１３に記すプリント基板５に実装した高さ
が異なる複数の半導体パッケージ９と伝熱部材となる筐
体１０の間に、配置して半導体装置を組み立てた。装置
に通電したところ、いずれも配線がショートして装置は
作動しなかった。
【００２８】
【発明の効果】以上のように本発明の実施例１〜３の熱
伝導性シートは、熱伝導率が大きく、かつ電気絶縁性に
優れている。従って、実施例４〜６のように熱伝導性と
電気絶縁性の両方が要求される半導体素子と筐体やヒー
トシンクなどの放熱器との間隙、あるいは半導体素子と
プリント基板やダイパッドとの間隙に介在させ、電気的
な障害を発生させることなく正常に作動することが可能
な半導体装置を提供することができる。また、本発明の
熱伝導性シートを応用して、射出成形品や押出成形品、
圧縮成形品などの金型成形加工品にも適用することがで
きる。
伝導性シートは、熱伝導率が大きく、かつ電気絶縁性に
優れている。従って、実施例４〜６のように熱伝導性と
電気絶縁性の両方が要求される半導体素子と筐体やヒー
トシンクなどの放熱器との間隙、あるいは半導体素子と
プリント基板やダイパッドとの間隙に介在させ、電気的
な障害を発生させることなく正常に作動することが可能
な半導体装置を提供することができる。また、本発明の
熱伝導性シートを応用して、射出成形品や押出成形品、
圧縮成形品などの金型成形加工品にも適用することがで
きる。
【図１】従来の熱伝導性シートの断面を示す例
【図２】本発明の熱伝導性シートの断面を示す例
【図３】従来の熱伝導性シートの断面を示す例
【図４】本発明の熱伝導性シートの断面を示す例
【図５】本発明の熱伝導性シートの断面を示す例
【図６】本発明の熱伝導性シートを使用した半導体装置
の例（ボールグリッドアレイ型の半導体パッケージ６と
放熱器８の間隙に配置）
の例（ボールグリッドアレイ型の半導体パッケージ６と
放熱器８の間隙に配置）
【図７】本発明の熱伝導性シートを使用した半導体装置
の例（チップサイズ型の半導体パッケージ６とプリント
基板５の間隙に配置）
の例（チップサイズ型の半導体パッケージ６とプリント
基板５の間隙に配置）
【図８】本発明の熱伝導性シートを使用した半導体装置
の例（ピングリッドアレイ型の半導体パッケージ６と放
熱器８の間隙に配置）
の例（ピングリッドアレイ型の半導体パッケージ６と放
熱器８の間隙に配置）
【図９】本発明の熱伝導性シートを使用した半導体装置
の例（複数の半導体パッケージ９と筐体１０の間隙に配
置）
の例（複数の半導体パッケージ９と筐体１０の間隙に配
置）
【図１０】従来の熱伝導性シートを使用した半導体装置
の例（ボールグリッドアレイ型の半導体パッケージ６と
放熱器８の間隙に配置）
の例（ボールグリッドアレイ型の半導体パッケージ６と
放熱器８の間隙に配置）
【図１１】従来の熱伝導性シートを使用した半導体装置
の例（チップサイズ型の半導体パッケージ６とプリント
基板５の間隙に配置）
の例（チップサイズ型の半導体パッケージ６とプリント
基板５の間隙に配置）
【図１２】従来の熱伝導性シートを使用した半導体装置
の例（ピングリッドアレイ型の半導体パッケージ６と放
熱器８の間隙に配置）
の例（ピングリッドアレイ型の半導体パッケージ６と放
熱器８の間隙に配置）
【図１３】従来の熱伝導性シートを使用した半導体装置
の例（複数の半導体パッケージ９と筐体１０の間隙に配
置）
の例（複数の半導体パッケージ９と筐体１０の間隙に配
置）
１ 黒鉛化炭素繊維 ２ 電気絶縁性処理した片面 ３ 片面に積層したシリコーンゴム製の電気絶縁性層 ４ シート全面を被覆した電気絶縁性層 ５ プリント基板 ６ 半導体パッケージ ７ 本発明の熱伝導性シート ８ 放熱器 ９ 複数の半導体パッケージ １０ 筐体 １１ 従来の熱伝導性シート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｄ０１Ｆ 9/12 Ｄ０１Ｆ 9/12 (72)発明者 藤原 紀久夫 東京都港区浜松町２丁目４番１号世界貿易 センタービル エヌ・イーケムキャット株 式会社内 Ｆターム(参考） 4F006 AA42 AA53 AA55 AB19 AB24 AB35 AB37 AB39 AB74 BA08 CA08 DA03 DA04 4F100 AA19B AD11A AK52A AK52B AN02A AR00B BA02 DE01B DG01A GB41 JA20A JG04B JJ01 YY00A 4J002 BD12X BG00X CF06X CK02X CM04X CP03W CP03X DA016 DE077 DE137 DF017 DJ007 FA046 GQ01 4J038 DL031 HA026 KA19 NA16 NA21 PB03 4L037 CS04 FA02 FA03 PA01 PP38 UA02 UA06 UA20
Claims (6)
- 【請求項１】黒鉛化炭素繊維を含有させたシリコーンゴ
ムからなるシートの少なくとも片面を電気絶縁性処理し
たことを特徴とする熱伝導性シート - 【請求項２】黒鉛化炭素繊維を含有させたシリコーンゴ
ムからなるシートの少なくとも片面に体積抵抗率が１０
６Ωｃｍ以上の電気絶縁性層が積層されたことを特徴と
する熱伝導性シート - 【請求項３】シート中の黒鉛化炭素繊維の濃度が１０〜
８０体積％である請求項１あるいは２に記載の熱伝導性
シート - 【請求項４】黒鉛化炭素繊維の平均直径が５〜２０μ
ｍ、平均長さが２０〜８００μｍ、繊維長さ方向の熱伝
導率が２００Ｗ／ｍＫ以上である請求項１、２あるいは
３に記載の熱伝導性シート - 【請求項５】電気絶縁性層の厚みが５μｍ〜２ｍｍであ
る請求項２、３あるいは４に記載の熱伝導性シート - 【請求項６】電気絶縁性層の熱伝導率が０．４Ｗ／ｍＫ
以上である請求項２、３、４あるいは５に記載の熱伝導
性シート
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37180998A JP2000191812A (ja) | 1998-12-28 | 1998-12-28 | 熱伝導性シ―ト |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37180998A JP2000191812A (ja) | 1998-12-28 | 1998-12-28 | 熱伝導性シ―ト |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000191812A true JP2000191812A (ja) | 2000-07-11 |
Family
ID=18499347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP37180998A Pending JP2000191812A (ja) | 1998-12-28 | 1998-12-28 | 熱伝導性シ―ト |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000191812A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1186689A1 (en) * | 2000-09-12 | 2002-03-13 | Polymatech Co., Ltd. | Thermally conductive polymer composition and thermally conductive molded article |
| EP1265281A2 (en) | 2001-06-06 | 2002-12-11 | Polymatech Co., Ltd. | Thermally conductive molded article and method of making the same |
| KR100450229B1 (ko) * | 2001-06-19 | 2004-09-24 | 주식회사 엘지화학 | 열전도성 열가소성 수지 조성물 및 그 제조방법 |
| JP2008049607A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Teijin Ltd | 電気絶縁性薄膜を貼合わせてなる熱伝導性積層材 |
| CN110198820A (zh) * | 2016-10-31 | 2019-09-03 | 3M创新有限公司 | 三维成型的导热模制体及其制造方法 |
| CN110770319A (zh) * | 2017-06-27 | 2020-02-07 | 积水保力马科技株式会社 | 导热性片 |
-
1998
- 1998-12-28 JP JP37180998A patent/JP2000191812A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1186689A1 (en) * | 2000-09-12 | 2002-03-13 | Polymatech Co., Ltd. | Thermally conductive polymer composition and thermally conductive molded article |
| US6730731B2 (en) | 2000-09-12 | 2004-05-04 | Polymatech Co., Ltd | Thermally conductive polymer composition and thermally conductive molded article |
| EP1265281A2 (en) | 2001-06-06 | 2002-12-11 | Polymatech Co., Ltd. | Thermally conductive molded article and method of making the same |
| EP1265281A3 (en) * | 2001-06-06 | 2004-05-12 | Polymatech Co., Ltd. | Thermally conductive molded article and method of making the same |
| US7264869B2 (en) | 2001-06-06 | 2007-09-04 | Polymatech Co., Ltd. | Thermally conductive molded article and method of making the same |
| KR100450229B1 (ko) * | 2001-06-19 | 2004-09-24 | 주식회사 엘지화학 | 열전도성 열가소성 수지 조성물 및 그 제조방법 |
| JP2008049607A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Teijin Ltd | 電気絶縁性薄膜を貼合わせてなる熱伝導性積層材 |
| CN110198820A (zh) * | 2016-10-31 | 2019-09-03 | 3M创新有限公司 | 三维成型的导热模制体及其制造方法 |
| CN110198820B (zh) * | 2016-10-31 | 2022-03-15 | 3M创新有限公司 | 三维成型的导热模制体及其制造方法 |
| CN110770319A (zh) * | 2017-06-27 | 2020-02-07 | 积水保力马科技株式会社 | 导热性片 |
| US11008462B2 (en) | 2017-06-27 | 2021-05-18 | Sekisui Polymatech Co., Ltd. | Heat-conductive sheet |
| CN110770319B (zh) * | 2017-06-27 | 2021-12-07 | 积水保力马科技株式会社 | 导热性片 |
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