JP2001311008A - 熱伝導性シート - Google Patents

熱伝導性シート

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JP2001311008A
JP2001311008A JP2000129773A JP2000129773A JP2001311008A JP 2001311008 A JP2001311008 A JP 2001311008A JP 2000129773 A JP2000129773 A JP 2000129773A JP 2000129773 A JP2000129773 A JP 2000129773A JP 2001311008 A JP2001311008 A JP 2001311008A
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heat conductive
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conductive sheet
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sheet
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Yoshinao Yamazaki
好直 山崎
Tomoaki Uchiya
智昭 打矢
Tomoya Tanzawa
智弥 丹沢
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコーングリースと同等の優れた熱伝導性
を示すとともに、成形性及び加工性に優れ、更に電子部
品に取り付ける際のライナー剥離や、部品交換等で電子
部品から取り外す際の再剥離が容易になし得るような優
れた取り扱い性を備えた熱伝導性シートを提供する。 【解決手段】 一定温度以上で流動化する結晶性樹脂に
短繊維を混合したものをバインダーとし、当該バインダ
ーに熱伝導性充填材を混合してシート化してなる熱伝導
性シート。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】 本発明は、電子部品などの
放熱用途として有用な熱伝導性シートに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】 近年の電子機器の高速化と小型化に伴
い、電子部品からの発熱量を制御することがますます重
要になってきており、その発熱量制御の手法の一つとし
て、発熱する電子部品にヒートシンクを取り付けて放熱
させることが一般的に行われている。しかし、電子部品
とヒートシンクとの接触面は完全な平面ではないため、
それらの界面には空隙が存在し、それが熱伝導の妨げと
なって熱伝導性能を低下させる原因となる。そこで、こ
の空隙を埋めるために、電子部品とヒートシンクとの間
に熱伝導性材料を使用することがよく知られている。
【0003】 シリコーングリースは、界面の空隙を十
分に埋めることができるため、有効な熱伝導性材料とし
て一般に使用されていることは周知の事実である。ま
た、熱伝導性を改良するために熱伝導性フィラー充填し
たものもよく使用されている。しかし、グリースは均一
な塗布作業に手間がかかる、周囲に付着しやすいなど取
り扱い作業性の問題があった。
【0004】 このようなグリースの作業性を改善する
ために、熱伝導性フィラーを充填したシリコーンゴムや
シリコーンゲルなどもよく使用されており、特開平10
−204295号公報、特開平10−189838号公
報などに開示されている。これらは汚染がほとんどない
ため作業性には優れているが、界面の空隙を完全に埋め
ることは難しく、発熱量が大きい電子部品に用いるには
熱伝導性能が十分ではなかった。
【0005】 また、ある一定温度で流動化する相変化
型熱伝導性材料も知られている。これは、常温では固体
のため作業性が比較的良好である。加えて、機器運転時
に電子部品が発熱してある温度に到達すると、バインダ
ー成分が流動化し界面の空隙を十分に埋めることができ
るため、グリースと同等の優れた熱伝導性を示す。しか
し、この材料は、単体では十分なシート強度を出すこと
が難しい。そこで、強度を出すために、ガラス織布など
を支持体として使用する方法が採られている。
【0006】 ガラス織布は繊維密度を上げるほどシー
ト強度が向上するが、繊維間の開口部が減少するため熱
伝導性が低下する。そのため、目の粗い、開口部の大き
なものが一般的に使用されている。しかし、目の粗いガ
ラス織布を支持体に使用したものは糸のほつれなどの問
題が起こるため、成形が困難であった。また、シート強
度が弱いために定められた寸法に切断加工することも困
難であった。更にまた、これらの材料はグリースに比べ
ると、作業性が良好であるものの、温度が30℃程度に
上昇するだけでライナー剥離が困難になるなどの問題が
あった。更に、機器内で使用された後、部品交換などで
取り外される際に再剥離しようとすると、部品両側にバ
インダー成分が残り、除去作業に手間がかかるという問
題があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】 本発明は、上記のよ
うな従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、シリコーングリースと同等の優れた
熱伝導性を示すとともに、成形性及び加工性に優れ、更
に電子部品に取り付ける際のライナー剥離や、部品交換
等で電子部品から取り外す際の再剥離が容易になし得る
ような優れた取り扱い性を備えた熱伝導性シートを提供
することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】 本発明によれば、一定
温度以上で流動化する結晶性樹脂に短繊維を混合したも
のをバインダーとし、当該バインダーに熱伝導性充填材
を混合してシート化してなることを特徴とする熱伝導性
シート、が提供される。
【0009】
【発明の実施の形態】 上記のとおり、本発明の熱伝導
性シートは、一定温度以上で流動化する結晶性樹脂(以
下、「相変化型樹脂」という。)にシート補強材として
短繊維を混合したものをバインダーとし、当該バインダ
ーに熱伝導性充填材を混合して、シート化してなるもの
である。この熱伝導性シートは、電子部品が発熱して前
記樹脂の融点付近に達すると、バインダーが流動化する
ため、電子部品とヒートシンクとの接触面を十分に濡ら
して界面の間隙を埋めることができ、優れた熱伝導性能
を発揮する。また、前記樹脂は融点未満の温度では固体
であり、更にバインダー中に短繊維を混合して内部凝集
力を高めているので、十分なシート強度を有し、電子部
品に取り付ける際のライナー剥離や、部品交換等で電子
部品から取り外す際の再剥離が容易に行えるとともに、
成形性及び加工性にも優れる。
【0010】 本発明において、バインダーに使用され
る相変化型樹脂としては、融点が45〜100℃のパラ
フィンワックスが好ましい。また、流動性を高める添加
剤として、パラフィンワックスと相溶性の良好なポリブ
テンなどを使用できる。また、成形加工性を向上させる
目的で石油樹脂を添加することもできる。パラフィンワ
ックスとポリブテンの混合比率は、パラフィンワックス
100重量部に対して、ポリブテンを200重量部以下
の範囲とすることが好ましい。ポリブテンが200重量
部を超えると、タックが大きくなりすぎて作業性に問題
を生じる。
【0011】 本発明において、シート補強材として用
いられる短繊維は、湿式不織布の原料として一般に用い
られるものであり、天然及び合成の短繊維を包含する。
また、その長さは、5〜40mmであり、かつ太さは
0.05〜20デニールの範囲である。短繊維として
は、融着性ポリオレフィン繊維、融着性ポリエステル繊
維などが使用できる。融着性ポリオレフィン繊維として
は、ポリエチレン、ポリプロピレンなどを単独で、ある
いはこれらのコアシェル型のものなどとして使用でき
る。相変化型樹脂と短繊維との混合比率は、相変化型樹
脂100重量部に対して、短繊維を1〜15重量部の範
囲とすることが好ましい。短繊維が1重量部未満になる
と十分なシート強度を得難く、短繊維が15重量部を超
えるとバインダーの流動性が低下するため、熱伝導性が
低下する。
【0012】 バインダーに混合される熱伝導性充填材
としては、窒化ホウ素、炭化ケイ素、アルミナ、シリ
カ、マグネシア、チタニア、窒化アルミニウム、窒化ケ
イ素、銅、アルミニウム、カーボンなどを挙げることが
でき、これらを単独で、あるいは2種以上組み合わせて
使用することができる。バインダーと熱伝導性充填材の
混合比率は、バインダー100体積部に対して、熱伝導
性充填材を1〜200体積部の範囲とすることが好まし
い。熱伝導性充填材が1体積部未満になると熱伝導性が
低下し、200体積部を超えるとシート強度が低下す
る。
【0013】 本発明の熱伝導性シートは、例えば以下
ような方法で作製することができる。まず、相変化型樹
脂に短繊維及び熱伝導性充填材を混合し、相変化型樹脂
の流動点以上の温度で、それぞれが均一になるまで混合
する。次に、この混合物を2枚のフィルムの間に挟み所
望の厚さに圧延してシート化する。圧延の方法として
は、カレンダー成形やプレス成形などを例示することが
できる。
【0014】
【実施例】 以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。
【0015】(実施例)パラフィンワックス(日本石油
社製125゜パラフィン)80重量部、ポリブテン(日
本石油化学社製HV−1900F)20重量部及び融着
性ポリエチレン/ポリプロピレン繊維(チッソ株式会社
製EAC(2d×5mm))5重量部からなるバインダー
100体積部に対して、窒化ホウ素(水島合金鉄社製H
P−1)25体積部を65℃で混合して、70℃でプレ
ス成形することにより、0.17mmの厚さの熱伝導性
シートを得た。こうして得られた熱伝導シートについ
て、熱抵抗、取り扱い性、再剥離性及び成形・加工性の
評価を行い、その結果を表1に示した。なお、評価は以
下のように行った。
【0016】[熱抵抗]トランジスタの裏面に評価品を
取り付け、それを一定の温度に保たれた冷却板の上に
7.6Nの圧力で固定し、12.6Wの電力を与えたと
きのトランジスタ温度及び冷却板温度の差から算出し
た。
【0017】[取り扱い性]ライナー剥離性及び取り付
け時のべとつき感により評価した。ライナーから容易に
剥離できシートにべとつき感がないものを「良」とし、
ライナーから剥離できるがシートがべとつき貼り付け作
業し難いものを「可」、ライナーから剥がすときにシー
トが伸びたりちぎれたりするものを「不可」とした。
【0018】[再剥離性]熱抵抗測定後に評価品が十分
冷却されてから、評価品をトランジスター及び冷却板か
ら剥離したときの被着体の汚染状態を目視で判断した。
シート成分を残さずに完全に剥離できる場合を「良」と
し、シート成分がかすかに残るが、拭き取ることによっ
て簡単に除去できる場合を「可」、シート成分が多く残
り、拭き取り作業が容易でない場合を「不可」とした。
【0019】[成形・加工性]実際に打ち抜き加工を行
い評価した。抜き型通りに打ち抜けたものを「良」と
し、角部分が欠けたり一度切れた部分が再融着したりし
て型通りに打ち抜けなかった場合において、その程度の
軽いものを「可」、ひどいものを「不可」とした。
【0020】(比較例1)パラフィンワックス(日本石
油社製125゜パラフィン)80重量部、ポリブテン
(日本石油化学社製HV−1900F)20重量部から
なるバインダー100体積部に対して、窒化ホウ素(水
島合金鉄社製HP−1)25体積部を65℃で十分に混
合して、70℃でプレス成形することにより、0.17
mmの厚さの熱伝導性シートを得た。こうして得られた
熱伝導シートについて、前記実施例1と同様に評価を行
い、その結果を表1に示した。
【0021】(比較例2)従来公知のアルミナ充填シリ
コーングリース(東レダウコーニング社製SE4490
CV)を用いて、前記実施例1と同様に評価を行い、そ
の結果を表1に示した。
【0022】(比較例3)従来公知の相変化型熱伝導性
材料(コメリクス社製T−710)を用いて、前記実施
例1と同様に評価を行い、その結果を表1に示した。
【0023】
【表1】
【0024】 上記表1に示す評価結果から、本発明に
係る実施例の熱伝導性シートは、シリコーングリースと
同等の優れた熱伝導性能を持ち、かつ取り扱い性、再剥
離性、成形・加工性にも優れていることが分かる。
【0025】
【発明の効果】 以上説明したように、本発明の熱伝導
性シートは、シリコーングリースと同等の熱伝導性を持
つと同時に、成形性及び加工性にも優れ、更に電子部品
に取り付ける際のライナー剥離や、部品交換等で電子部
品から取り外す際の再剥離が容易になし得るような優れ
た取り扱い性を持つものであり、電子部品などの放熱用
途として大変有用である。
───────────────────────────────────────────────────── 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) H01L 23/373 C09J 7/00 // C09J 7/00 11/00 11/00 123/02 123/02 123/20 123/20 167/00 167/00 191/08 191/08 H01L 23/36 M (72)発明者 丹沢 智弥 神奈川県相模原市南橋本3−8−8 住友 スリーエム株式会社内 Fターム(参考) 4F071 AA14 AA21 AA43 AA71 AB09 AB27 AD01 AE17 AF44 AH12 BA01 BB03 BB04 BC01 4J002 AE04W BB013 BB17X CF003 DA036 DA076 DA096 DE076 DE146 DF016 DJ016 DK006 FA043 FD013 FD016 4J004 AA02 AA04 AA07 AA15 AA18 AB03 BA02 FA05 FA10 GA01 4J040 BA181 DA022 DA102 DA132 ED002 HA026 HA066 HA136 HA146 HA206 HA296 HA306 HA326 JA08 JB01 KA03 KA04 KA42 LA08 NA19 PA42 5F036 BA23 BD22

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一定温度以上で流動化する結晶性樹脂に
    短繊維を混合したものをバインダーとし、当該バインダ
    ーに熱伝導性充填材を混合してシート化してなることを
    特徴とする熱伝導性シート。
  2. 【請求項2】 前記一定温度以上で流動化する結晶性樹
    脂が、融点が45〜100℃のパラフィンワックスであ
    る請求項1記載の熱伝導性シート。
  3. 【請求項3】 前記パラフィンワックス100重量部に
    対して、更にポリブテンを200重量部以下の範囲で混
    合した請求項2記載の熱伝導性シート。
  4. 【請求項4】 前記短繊維が、融着性ポリオレフィン繊
    維又は融着性ポリエステル繊維である請求項1記載の熱
    伝導性シート。
  5. 【請求項5】 前記一定温度以上で流動化する結晶性樹
    脂100重量部に対して、前記短繊維を1〜15重量部
    の範囲で混合した請求項1記載の熱伝導性シート。
  6. 【請求項6】 前記バインダー100体積部に対して、
    前記熱伝導性充填材を1〜200体積部の範囲で混合し
    た請求項1記載の熱伝導性シート。
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