JP2003145041A

JP2003145041A - 熱伝導性シート

Info

Publication number: JP2003145041A
Application number: JP2001342311A
Authority: JP
Inventors: Michihiko Okada; 充彦岡田; Yoshinao Yamazaki; 好直山崎; Tomoya Tanzawa; 智弥丹沢
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-11-07
Filing date: 2001-11-07
Publication date: 2003-05-20

Abstract

(57)【要約】【課題】柔軟性、熱伝導率及び取扱い作業性に優れた
熱伝導性シートを提供する。【解決手段】熱伝導性粒子が分散された、未硬化の、
一分子中にアルケニル基を少なくとも２個有するオルガ
ノポリシロキサンからなる熱伝導性シートにおいて、こ
のシートの２つの主要面に前記オルガノポリシロキサン
の硬化薄膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＰＵ等の発熱性
電子部品に密着させてその熱を外部に放出させるために
有用な熱伝導性シートに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、発熱体から熱を除去することが、
様々な分野において問題となっている。特に、例えば電
子デバイス、パーソナルコンピュータ等の各種のデバイ
スにおいて、それらに内蔵されている発熱性の電子部品
（例えばＩＣチップ）やその他の部品（以下、総称して
「発熱性部品」とよぶ）から熱を除去することが重要な
問題となっている。なぜならば、各種の発熱性部品にお
いて、部品の温度が上昇するにつれてその部品が誤作動
する確率が指数関数的に高くなる傾向にあるからであ
る。最近では、発熱性部品がますます小型化し、また処
理速度も高速化しているため、放熱特性についての要求
も一段と高くなってきている。

【０００３】現在のところ、発熱性部品から、その部品
で発生し蓄積した熱を放出させるため、例えばヒートシ
ンク、放熱フィン、金属放熱板等の放熱体が発熱性部品
に取り付けられ、また伝熱媒体として作用させるため、
各種の熱伝導性材料もしくはシートが発熱性部品と放熱
体の間に、伝熱スペーサとして用いられている。

【０００４】このような熱伝導性シートとして、シリコ
ーンゲルシートが知られている。このシリコーンゲルシ
ートは熱伝導性粒子を配合したシリコーンゲル組成物を
シート状に硬化させたものであり、粘着性や形状追従性
を有するため放熱体や発熱性部品に密着し、発熱性部品
からの熱を放熱体に効率よく伝えることができる。

【０００５】また、このシリコーンゲルシートの表面に
硬化被覆層を設けることによりシートの表面を非粘着化
し、取り扱い作業性を向上させることが提案されてい
る。例えば、特開平９−２０７２７５号では、付加反応
硬化型シリコーン組成物を硬化させてなるシリコーンゲ
ルシートにおいて、そのシートの片面にシリコーンゴム
皮膜を形成している。特開平１０−１５０１３２号で
は、熱伝導性フィラーを含有してなる２液付加反応型シ
リコーンの固化物からなる放熱スペーサーにおいて、そ
の少なくとも一部の表面を粘着抑制処理している。特開
平１０−１８３１１０号では、熱伝導性充填剤配合のシ
リコーンゲル成形シートにおいて、そのシートの上下面
の少なくとも片面表層部にゴム状に硬化させた薄膜補強
層を形成している。特開２００１−１１０９６３号で
は、熱伝導性フィラーを配合した未硬化の一液性もしく
は二液性のシリコーンを硬化させる放熱スペーサーの製
造方法が記載されており、このシートの片面を非粘着性
としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらのシートの製造
に用いられているシリコーンは一液型又は二液型シリコ
ーンであり、得られるシートはその内部まで完全に硬化
したものである。従って、圧縮に対する反発応力が高
く、また熱伝導率を高めるために熱伝導性フィラーの含
有率を高めると柔軟性が低下してしまう。

【０００７】本発明の目的は、上記のような問題点を解
決して、取扱い作業性に優れかつ、熱伝導性と柔軟性が
共に優れ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】上記の目的は、本発明に
よれば、熱伝導性粒子が分散された、未硬化の、一分子
中にアルケニル基を少なくとも２個有するオルガノポリ
シロキサンからなり、２つの主要面に前記オルガノポリ
シロキサンの硬化薄膜を有する熱伝導性シートにより達
成することができる。

【０００９】さらに本発明によれば、上記の熱伝導性シ
ートの製造方法が提供され、この方法は、(1)未硬化
の、一分子中にアルケニル基を少なくとも２個有するオ
ルガノポリシロキサンに熱伝導性粒子を混合すること、
(2)ライナー上に、珪素原子に結合した水素原子を一分
子中に少なくとも２個含むオルガノハイドロジェンポリ
シロキサンを塗布すること、(3)工程(1)で調製した混合
物を、工程(2)で得た２枚のライナーの前記オルガノハ
イドロジェンポリシロキサンの塗布面間で挟み、シート
化すること、(4)加熱して前記シート化したオルガノポ
リシロキサンの２つの主要面を硬化させ硬化薄膜を形成
すること、及び(5)得られたシートをライナーから剥離
することの工程を含む。

【００１０】本発明の熱伝導性シートは表面のみが硬化
してゴム状となっているが、内部は未硬化であるため、
圧縮されると塑性変形し反発応力が極めて小さくなり、
また熱伝導性フィラーの含有量を高めても高い柔軟性を
維持することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る熱伝導性シ
ートの構成を示す断面図である。図１に示すように、本
発明の熱伝導性シート１は、未硬化の、一分子中にアル
ケニル基を少なくとも２個有するオルガノポリシロキサ
ンの層２と、この層２の２つの主要面上に形成された、
このオルガノポリシロキサンの硬化薄膜の層３から構成
されている。そして、図示していないが、このシート内
部には熱伝導性粒子が分散されている。ここで、硬化薄
膜の層３と内部の未硬化部分の層（未硬化のオルガノポ
リシロキサンの層）２との境界は必らずしも明瞭ではな
く、またこの硬化薄膜にはいくらか内部の未硬化部分と
一体となった薄膜も含まれる。

【００１２】従来の熱伝導性シートの製造に用いられて
いるシリコーンは、上記のように一液型又は二液型シリ
コーンである。二液型シリコーンは一分子中にアルケニ
ル基を有するオルガノポリシロキサン（主剤）と一分子
中に珪素結合水素原子を有するオルガノハイドロジェン
ポリシロキサン（硬化剤）からなり、この両者を混合す
ることにより硬化反応を開始させて、硬化したシリコー
ンを形成している。また、一液型シリコーンは一分子内
に珪素結合水素原子とアルケニル基の両者を有するもの
であり、加熱によって硬化体を形成している。

【００１３】本発明の熱伝導性シートにおいては、上記
の二液型シリコーンの主剤である一分子中にアルケニル
基を少なくとも２個有するオルガノポリシロキサンを、
未硬化の状態で用いる。このオルガノポリシロキサンの
分子構造は直鎖状、分枝鎖状、あるいはその他の形状で
あってもよい。このオルガノポリシロキサン中のアルケ
ニル基としては、例えばビニル基、アリル基、ブテニル
基等が挙げられ、特にビニル基であることが好ましい。
このアルケニル基の結合位置は、ポリシロキサン分子の
末端もしくは分子鎖側鎖、又はその両方であってもよ
い。また、アルケニル基以外の珪素原子に結合する有機
基としては、メチル基、エチル基、プロピル基等のアル
キル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、トリフ
ルオロプロピル基、クロロメチル基等のハロゲン化アル
キル基が挙げられ、特にメチル基、フェニル基であるこ
とが好ましい。

【００１４】このような一分子中にアルケニル基を少な
くとも２個有するオルガノポリシロキサンの例として
は、両末端にビニル基を有するポリジメチルシロキサ
ン、ジメチルシロキサンとメチルビニルシロキサンの共
重合体、ジメチルシロキサンとメチルフェニルシロキサ
ンとメチルビニルシロキサンの共重合体等が挙げられ
る。

【００１５】熱伝導性粒子は、シートを形成した際に全
体に均一に分散し、所望のレベルの熱伝導性を備えた熱
伝導性シートを提供することができる限り特に限定され
るものではなく、熱伝導性シートの製造において充填材
として従来より用いられている各種の材料を用いること
ができる。適当な熱伝導性粒子としては、例えば、酸化
アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等の金属酸
化物粒子、窒化ホウ素、窒化珪素、窒化アルミニウム等
の窒化物粒子、炭化珪素、グラファイト等の炭化物粒
子、銀、銅、アルミニウム等の金属粒子を挙げることが
できる。これらのうち、安定性、電気絶縁性の観点か
ら、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化珪素、炭化珪
素が好ましい。この熱伝導性粒子は単独で用いてもよ
く、または２種以上を混合して用いてもよい。さらに、
カップリング剤等で表面処理してあってもよい。この熱
伝導性粒子の平均粒径は0.1〜100μｍであることが好ま
しく、１〜50μｍであることがより好ましい。平均粒径
の異なる２種以上の熱伝導性粒子を用いてもよい。

【００１６】この熱伝導性粒子の配合量は、好ましくは
シート全体の40〜90体積％、より好ましくは50〜80体積
％である。熱伝導性粒子の配合量が40体積％より少ない
と、十分な熱伝導性を得ることが困難であり、逆に90体
積％を超えると、熱伝導性粒子を均一に分散させること
が困難になり、さらにオルガノポリシロキサンと熱伝導
性粒子からなる混合物の流動性が低下し、シート化が困
難になる。

【００１７】この熱伝導性粒子に加え、ポリオルガノシ
ロキサンには後の硬化反応用の触媒、反応遅延剤、耐熱
性向上剤、難燃剤等の各種添加剤を加えてもよい。触媒
としては、白金族金属触媒、例えば白金微粉末、塩化白
金酸、塩化白金酸塩、白金系錯体等が挙げられる。反応
遅延剤としては、アセチルアルコール等の不飽和アルコ
ール類、リン系化合物、アミン等の含窒素化合物が挙げ
られる。耐熱性向上剤としては酸化セシウム等が、難燃
剤としては水酸化アルミニウム、シリカ等が挙げられ
る。なお、取り扱い性を向上させるため、補強材として
ガラスクロスや不織布を、熱伝導性粒子が分散された未
硬化の、一分子中にアルケニル基を少なくとも２個有す
るオルガノポリシロキサンに埋設することができる。

【００１８】硬化薄膜３は、上記の熱伝導性粒子等を配
合したオルガノポリシロキサンをシート化し、その２つ
の主要面を硬化させたものである。熱伝導性シート１の
厚さは、好ましくは0.1〜5.0mm、より好ましくは0.3〜
4.0mmであり、硬化薄膜３の厚さは、好ましくは0.01〜
0.05mmである。

【００１９】本発明の熱伝導性シートは、例えば以下の
方法により製造することができる。まず、上記の一分子
中にアルケニル基を少なくとも２個有するオルガノポリ
シロキサンと熱伝導性粒子を所定の比で、モーグル、ニ
ーダー、プラネタリーミキサー等を使用して混合する。
次いでこの混合物を、上記オルガノポリシロキサン用の
硬化剤を塗布しておいたライナーの間に挟み、カレンダ
ーロール等によりシート化し、加熱してシートの主要面
を硬化させる。最後に、得られたシートをライナーから
剥がす。得られたシートは表面は硬化しているが内部は
未硬化である。ここで、「未硬化」とは、上記オルガノ
ポリシロキサンの粘度及びこれと熱伝導性粒子との混合
物の粘度が硬化処理工程の前後において変わらないこと
も含まれる。

【００２０】ライナーとしては、ポリエチレンテレフタ
レート、ポリプロピレン等のフィルム、もしくは紙、又
はこれらに剥離剤をコートしたものを用いることができ
る。

【００２１】このライナーに塗布するオルガノポリシロ
キサン用の硬化剤としては、好ましくは二液型シリコー
ンの硬化剤として用いられている、珪素原子に結合した
水素原子を一分子中に少なくとも２個含むオルガノハイ
ドロジェンポリシロキサンを用いる。このオルガノハイ
ドロジェンポリシロキサンの分子構造は直鎖状、分枝鎖
状、あるいはその他の形状であってもよい。このオルガ
ノハイドロジェンポリシロキサン中の珪素に結合した水
素原子の結合位置は、ポリシロキサン分子の末端もしく
は分子鎖側鎖、又はその両方であってもよい。また、珪
素に結合した水素以外の、珪素原子に結合する有機基と
しては、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル
基、フェニル基、トリル基等のアリール基、トリフルオ
ロプロピル基、クロロメチル基等のハロゲン化アルキル
基が挙げられ、特にメチル基、フェニル基であることが
好ましい。

【００２２】このようなオルガノハイドロジェンポリシ
ロキサンの例としては、両末端に珪素に結合した水素原
子を有するジメチルポリシロキサン、両末端に珪素に結
合した水素原子を有するジメチルシロキサンとメチルハ
イドロジェンシロキサンの共重合体等が挙げられる。

【００２３】ライナーへの上記オルガノハイドロジェン
ポリシロキサンの塗布量は、好ましくは0.05〜2.0g/
m²、より好ましくは0.1〜0.7g/m²である。このライナー
への上記オルガノハイドロジェンポリシロキサンの塗布
方法は、例えば、ライナー上に直接、メイヤーバー、グ
ラビアロール、リバースロール、ナイフコーター等によ
って塗布してもよい。また、オルガノハイドロジェンポ
リシロキサンを有機溶剤で希釈し、上記と同様の方法で
ライナー上に塗布した後、加熱して有機溶剤を揮発させ
てもよい。さらに、ポリエチレン等のバインダー樹脂と
オルガノハイドロジェンポリシロキサンを有機溶剤中で
混合し、同様にして塗布してもよい。

【００２４】オルガノポリシロキサンの硬化薄膜は、加
熱によってオルガノポリシロキサンとオルガノハイドロ
ジェンポリシロキサンが付加型反応することにより形成
される。この加熱温度は、使用するポリシロキサンの反
応性によって異なるが、一般に80〜140℃において行わ
れる。

【００２５】上記で述べた粘度、熱伝導性及び圧縮応力
を有することによって、本発明の熱伝導性シートは柔軟
性を維持し、圧縮応力に対し独特な反応を示す。例え
ば、これら柔軟性及び圧縮応力の特性は、本発明の熱伝
導性シートからダイカットして得られる試料片において
明らかにみられる。試料片の表面（硬化薄膜の上）に圧
縮応力をかけると、試料片は試料片の縁（具体的にはダ
イカットした切断面）から内部の未硬化部分がわずかに
流れ出るという塑性変形をするのに十分な柔軟性があ
る。試料片の表面（硬化薄膜の上）に圧縮応力をかけな
いときは、その形状を維持するのに十分な硬さを有し、
試料片の縁から内部の未硬化部分がわずかに流れ出るよ
うなことはない。

【００２６】こうして得られる本発明の熱伝導性シート
は、表面が硬化薄膜で覆われているが、内部は未硬化の
ままであり、圧縮されても塑性変形するため反発応力が
極めて小さく、かつ熱伝導性粒子の含有量を高めても高
い柔軟性を維持することができる。この熱伝導性シート
の未硬化部分の粘度は10cP以上であることが好ましく、
また硬化後の熱伝導性シートの熱伝導率は2.0W/mK以上
であることが好ましい。さらに、シートの厚み方向に20
％圧縮した際の圧縮応力は20N/in²以下であることが好
ましい。熱伝導性シート表面の硬化薄膜には、オルガノ
ポリシロキサンがシート内部の未硬化部分と徐々にかつ
親密に一体となる薄膜も含まれる。

【００２７】

【実施例】実施例１アルケニル基含有シリコーン（東レダウコーニングシリ
コーンCY52-276A）30体積％を２種のアルミナ（昭和電
工AS-10（平均粒径40μｍ）、50体積％及び昭和電工AL-
452（平均粒径２μｍ）、20体積％）と混合した。この
混合物を、珪素に結合した水素含有シリコーン（東レダ
ウコーニングシリコーンRD-1)をあらかじめ0.5g/m²塗布
した２枚のフィルムで挟み、カレンダー成形し、120℃
で20分加熱して２つの主要面を硬化させた後、シートを
剥がして厚さ1.5mmの熱伝導性シートを得た。

【００２８】実施例２アルケニル基含有シリコーン（東レダウコーニングシリ
コーンCY52-276A）40体積％を２種のアルミナ（昭和電
工AS-10（平均粒径40μｍ）、45体積％及び昭和電工AL-
452（平均粒径２μｍ）、15体積％）と混合した。この
混合物を用いて実施例１と同様にして熱伝導性シートを
得た。

【００２９】比較例１アルケニル基含有シリコーン（東レダウコーニングシリ
コーンCY52-276A）15体積％を珪素に結合した水素含有
シリコーン（東レダウコーニングシリコーンCY52-276B)
15体積％、２種のアルミナ（昭和電工AS-10（平均粒径4
0μｍ）、50体積％及び昭和電工AL-452（平均粒径２μ
ｍ）、20体積％）と混合した。この混合物を２枚のフィ
ルムで挟み、カレンダー成形し、120℃で20分加熱して
全体を硬化させた後、シートを剥がして厚さ1.5mmの熱
伝導性シートを得た。

【００３０】比較例２アルケニル基含有シリコーン（東レダウコーニングシリ
コーンCY52-276A）25体積％を珪素に結合した水素含有
シリコーン（東レダウコーニングシリコーンCY52-276B)
25体積％、２種のアルミナ（昭和電工AS-10（平均粒径4
0μｍ）、40体積％及び昭和電工AL-452（平均粒径２μ
ｍ）、10体積％）と混合した。この混合物を用いて比較
例１と同様にして熱伝導性シートを得た。

【００３１】これらの熱伝導性シートについて、以下の
方法により圧縮応力及び熱伝導率を測定し、特性を評価
した。圧縮応力：サイズ25×25×1.5mmのサンプルを厚さ1.2mm
まで圧縮し、５分後の荷重値を記録した。熱伝導率：熱伝導率計（京都電子工業QTM-D3）にて測定
した。この結果を以下の表１に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】上記のように、全体が硬化した従来の熱伝
導性シートでは、熱伝導性粒子の含有量を70体積％と高
くすると、柔軟性が低下し、圧縮応力が非常に高くなっ
てしまう。これに対して、本発明の熱伝導性シートで
は、表面のみが硬化し、内部が未硬化であるため、熱伝
導性粒子の含有量を70体積％と高くしても圧縮応力が高
くなることはなく、高い柔軟性を維持している。

【００３４】

【発明の効果】本発明の熱伝導性シートは、熱伝導率を
高めるために熱伝導性粒子の含有量を高めても柔軟性が
低下することなく、また表面は硬化皮膜で覆われている
ため、実装時の取扱い性にも優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱伝導性シートの略断面図である。

【符号の説明】

１…熱伝導性シート２…未硬化のオルガノポリシロキサンの層３…硬化薄膜

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｍ (72)発明者山崎好直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 (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） 4D075 BB01Z BB05Y BB26Y CA03 CA17 DA04 DB18 DB36 DB48 DC21 EA07 EB43 EC01 EC02 EC05 EC10 EC60 4J002 CP042 CP121 DA026 DA076 DA096 DE076 DE106 DE146 DF016 DJ006 FD206 GQ00 5F036 AA01 BB21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱伝導性粒子が分散された、未硬化の、
一分子中にアルケニル基を少なくとも２個有するオルガ
ノポリシロキサンからなり、２つの主要面に前記オルガ
ノポリシロキサンの硬化薄膜を有する熱伝導性シート。
【請求項２】請求項１記載の熱伝導性シートの製造方
法であって、 (1)未硬化の、一分子中にアルケニル基を少なくとも２
個有するオルガノポリシロキサンに熱伝導性粒子を混合
すること、 (2)ライナー上に、珪素原子に結合した水素原子を一分
子中に少なくとも２個含むオルガノハイドロジェンポリ
シロキサンを塗布すること、 (3)工程(1)で調製した混合物を、工程(2)で得た２枚の
ライナーの前記オルガノハイドロジェンポリシロキサン
の塗布面間で挟み、シート化すること、 (4)加熱して前記シート化したオルガノポリシロキサン
の２つの主要面を硬化させ硬化薄膜を形成すること、及
び (5)得られたシートをライナーから剥離することの工程
を含む方法。