JP2003197833A - 熱伝導材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱伝導フィラーとして半導体のセラミックス
（例えば炭化ケイ素）を使用した熱伝導材において、熱
伝導性及び電気絶縁性を良好に向上させること。 【解決手段】 液状シリコーン１に、粒径５０〜１００
μｍの炭化ケイ素３，粒径５〜１０μｍの炭化ケイ素
５，及び粒径１０〜３０μｍのアルミナ７を混合するこ
とにより、液状シリコーン１に上記熱伝導フィラー（炭
化ケイ素３，５及びアルミナ７）を充填した。炭化ケイ
素として大小２種類の粒径を有するものを使用したこと
によりその充填性が向上し、更にアルミナ７を混合した
ことにより、そのアルミナ７がコロとして作用して更に
充填性が向上すると共に、熱伝導シートの表面が平坦に
なって更に熱伝導性が向上し、絶縁性も向上した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品等の発熱
源からの放熱を促すため、その発熱源に対して接触する
ように配置して使用される熱伝導材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、シリコーンやＥＰＤＭ等のゴ
ムに熱伝導フィラーを充填し、混練・成形してなる熱伝
導材が考えられている。この種の熱伝導材は、例えばシ
ート状に成形することによって熱伝導シートとして使用
され、電気・電子装置の内部において、例えば発熱源と
なる電子部品と、放熱板や筐体パネル等といったヒート
シンクとなる部品（以下、単にヒートシンクという）と
の間に介在させるように配置される。このように熱伝導
シートを配置した場合、電子部品等が発生する熱をヒー
トシンク側へ良好に逃がすことができる。このため、こ
の種の熱伝導シートは、例えばＣＰＵの高速化等のため
に不可欠な素材として注目を集めている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱伝導
フィラーとして半導体のセラミックスを使用した場合、
充分な熱伝導性を得ることは困難である。大小２粒径の
熱伝導フィラーを混合して使用すると母材にフィラーを
高度に充填できることが知られているが（例えば、特開
２００１−１３９７３３号参照）、高充填化にも限界が
ある。また、半導体セラミックスの熱伝導フィラーを使
用した場合、母材としてシリコーンを使用した場合にも
充分な電気絶縁性を確保することができない。

【０００４】一方、熱伝導フィラーとして、窒化ホウ素
を使用することも考えられている。ところが、窒化ホウ
素は非常に高価であり、鱗片状のため非常に高充填しづ
らいといった問題がある。そこで、本発明は、熱伝導フ
ィラーとして半導体のセラミックスを使用した熱伝導材
において、熱伝導性及び電気絶縁性を良好に向上させる
ことを目的としてなされた。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記目的
を達するためになされた請求項１記載の発明は、母材に
アルミナと大小２粒径の半導体熱伝導フィラーとを充填
したことを特徴とする熱伝導材を要旨としている。

【０００６】このように構成された本発明では、母材に
大小２粒径の半導体熱伝導フィラーを充填しているの
で、その半導体熱伝導フィラーの高充填が可能になる。
しかも、本発明では、上記半導体熱伝導フィラーと共に
アルミナも充填している。アルミナは自身が熱伝導フィ
ラーとして作用するばかりでなく、球に近い形状をして
いるため、上記半導体熱伝導フィラーの間に入り込んで
コロの役割を果たす。このため、本発明では、上記半導
体熱伝導フィラーの充填性が一層向上する。

【０００７】更に、アルミナが充填されたことによって
熱伝導材の表面が平坦になり、電子部品等の発熱源やヒ
ートシンクとの密着性が向上して一層熱伝導率が向上
し、アルミナが熱伝導材の表面に配設されることによっ
て絶縁性も確保される。従って、本発明の熱伝導材は、
熱伝導フィラーとして安価な半導体セラミックス（半導
体熱伝導フィラー）を使用しているにも拘らず良好な熱
伝導性及び電気絶縁性を有し、熱伝導フィラーの材料コ
ストも良好に低減することができる。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の構
成に加え、上記半導体熱伝導フィラーが、粒径５０〜１
００μｍの炭化ケイ素及び粒径５〜１０μｍの炭化ケイ
素の混合物であることを特徴としている。すなわち、本
発明では、半導体熱伝導フィラーとして炭化ケイ素を使
用し、その大粒径の方を５０〜１００μｍ、小粒径の方
を５〜１０μｍとしている。ここで、炭化ケイ素を球状
と仮定した場合、図２に示すように四つの大きな粒子Ｂ
を正四面体状に緊密充填したときにその中に一つの小さ
な粒子Ｌが配設できるためには、小さな粒子Ｌの直径が
大きな粒子Ｂの直径の６^1/2 ／２−１（≒０．２２５）
倍以下であることが必要となる。本発明では、大きな粒
子Ｂの平均粒径を５０〜１００μｍ、小さな粒子Ｌの平
均粒径を５〜１０μｍ（＜５０μｍ×０．２２５）とし
ているので、緊密充填された大きな粒子Ｂの隙間にも小
さな粒子Ｌを良好に充填することができる。

【０００９】よって、本発明では、炭化ケイ素の充填性
を一層良好に向上させることができる。しかも、炭化ケ
イ素は良好な熱伝導性を有する。また、炭化ケイ素は一
般的に多面体であるので、球状のアルミナと混合するこ
とによりアルミナの上記コロとしての作用が一層顕著に
表れる。従って、本発明の熱伝導材は、請求項１記載の
発明の効果に加えて、一層良好な熱伝導性を有するとい
った効果が生じる。

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項２記載の構
成に加え、上記アルミナの粒径が１０〜３０μｍである
ことを特徴としている。半導体熱伝導フィラーとして５
０〜１００μｍのものと５〜１０μｍのものとを混合し
て用いる場合、アルミナの粒径は１０〜３０μｍとする
のが、上記コロとしての作用を発揮する上で最も適切で
ある。本発明では、アルミナの粒径を１０〜３０μｍと
しているので、半導体熱伝導フィラーとしての炭化ケイ
素の充填性を一層向上させることができる。従って、本
発明の熱伝導材は、請求項２記載の発明の効果に加え
て、一層良好な熱伝導性を有するといった効果が生じ
る。

【００１１】請求項４記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれかに記載の構成に加え、上記母材がシリコーンであ
ることを特徴としている。シリコーンは、柔軟で電子部
品等の発熱源やヒートシンクとの密着性もよく、熱伝導
フィラーが充填しやすく、更に絶縁性にも優れている。
本発明の熱伝導材は、母材としてシリコーンを使用して
いるので、請求項１〜３のいずれかに記載の発明の効果
に加えて、一層良好な熱伝導性及び電気絶縁性を有し、
しかも製造が容易であるといった効果が生じる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を説明
する。本実施の形態では、以下の製造方法により熱伝導
シートを製造した。すなわち、図１に示すように、液状
シリコーン１に、粒径５０〜１００μｍの炭化ケイ素
３，粒径５〜１０μｍの炭化ケイ素５，及び粒径１０〜
３０μｍのアルミナ７を混合することにより、液状シリ
コーン１に上記熱伝導フィラー（炭化ケイ素３，５及び
アルミナ７）を充填した。上記混合の方法としては、真
空脱泡ミキサー等の機械を用いて混練する方法の他、押
し出し，２本ロール，ニーダ，バンバリーミキサー等の
種々の方法を適用することができる。この内、ミキサー
を使用して混練する場合、作業性が向上する点で望まし
い。

【００１３】続いて、このように熱伝導フィラー３，
５，７を混練した液状シリコーン１をシート状に成形し
た。この成形の方法としては、コーター，カレンダロー
ル，押し出し，プレス等の機械を用いて成形する方法
等、種々の方法を適用することができる。この内、コー
ターを用いて成形する場合、薄いシート（フィルム）の
作製が簡単にできる、生産性がよいため大量生産に向い
ている、シート（フィルム）の厚み精度が出しやすい、
といった点で望ましい。

【００１４】

【実施例】次に、上記実施の形態の熱伝導シートを、表
１に示すように配合を特定して製造し、窒化ホウ素のみ
を熱伝導フィラーとしてシリコーンに混入した比較例
Ａ、アルミナのみを熱伝導フィラーとしてシリコーンに
混入した比較例Ｂ、及び、１粒径の炭化ケイ素のみを熱
伝導フィラーとしてシリコーンに混入した比較例Ｃと、
特性を比較した。

【００１５】

【表１】

【００１６】なお、各例における液状シリコーンとして
は、「ＳＥ１８８５」（商品名、製造元：東レ・ダウ）
を使用し、比較例Ａにおける窒化ホウ素としては「顆粒
状窒化硼素」（商品名、製造元：昭和電工、平均粒径１
００μｍ）を、比較例Ｂにおけるアルミナとしては「ア
ドマフィン」（商品名、製造元：アドマテックス、平均
粒径１０μｍ）を、比較例Ｃにおける炭化ケイ素として
は「デンシック」（商品名、製造元：昭和電工、平均粒
径１０μｍ）を、使用した。

【００１７】また、実施例におけるアルミナとしては
「アドマフィン」（商品名、製造元：アドマテックス、
平均粒径１０μｍ）を、実施例における大粒径の炭化ケ
イ素としては「デンシック」（商品名、製造元：昭和電
工、平均粒径８０μｍ）を、実施例における小粒径の炭
化ケイ素としては「デンシック」（商品名、製造元：昭
和電工、平均粒径１０μｍ）を、それぞれ使用した。ま
た、前述のように混練した液状シリコーンには、１３０
℃，１０分，ｔ＝０．５ｍｍの加硫条件で加硫を施して
成形した。

【００１８】続いて、これらの比較例及び実施例に対
し、熱抵抗及び絶縁性を測定した。結果を上記表１に示
す。表１に示すように、本実施例では、熱伝導フィラー
として窒化ホウ素を使用した場合と同様の優れた熱伝導
性（低い熱抵抗），及び電気絶縁性が得られ、しかも、
製造が容易でフィラーコスト（熱伝導フィラーの材料コ
スト）も良好に低減することができた。これは、炭化ケ
イ素として大小２種類の粒径を有するものを使用したこ
とによりその充填性が向上し、更にアルミナを混合した
ことにより、そのアルミナがコロとして作用して更に充
填性が向上すると共に、熱伝導シートの表面が平坦にな
って熱伝導性が更に向上し、絶縁性も向上したためと考
えられる。

【００１９】なお、小粒径の炭化ケイ素の平均粒径が５
μｍ未満の場合は高充填が不可能で、平均粒径が１０μ
ｍを超えると粘性が大となる。また、大粒径の炭化ケイ
素の平均粒径が５０μｍ未満の場合は高充填が不可能
で、平均粒径が１００μｍを超えても高充填が不可能と
なる。更に、アルミナの平均粒径が１０μｍ未満の場合
は高充填が不可能で、平均粒径が３０μｍを超えても高
充填が不可能となる。

【００２０】また、小粒径の炭化ケイ素の配合が１４．
５ｗｔ％未満であると粘性が大で、配合が１８ｗｔ％を
超えると高充填が不可能となる。大粒径の炭化ケイ素の
配合が２１．８ｗｔ％未満であると高充填が不可能で、
配合が２５ｗｔ％を超えても高充填が不可能となる。更
に、アルミナの配合が５０．８ｗｔ％未満であると低熱
抵抗化が不可能で、配合が５５ｗｔ％を超えると高充填
が不可能となる。

【００２１】これに対して、本実施例では、炭化ケイ素
及びアルミナの平均粒径及び配合を前述のように規定し
ているので、前述のように、良好な熱伝導性及び絶縁性
が得られる。なお、本発明は上記実施の形態に何等限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々の形態で実施することができる。例えば、母材とし
ては、ＥＰＤＭ等の有機合成ゴムを適用することもでき
る。また、炭化ケイ素以外の半導体熱伝導フィラーとし
ては、窒化ケイ素等が適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明が適用された熱伝導材の構成を概略的
に表す説明図である。

【図２】 本発明の熱伝導材において２粒径の炭化ケイ
素を使用する効果を表す説明図である。

【符号の説明】

１…液状シリコーン ３，５…炭化ケイ素
７…アルミナ

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 母材にアルミナと大小２粒径の半導体熱
   伝導フィラーとを充填したことを特徴とする熱伝導材。
2. 【請求項２】 上記半導体熱伝導フィラーが、粒径５０
   〜１００μｍの炭化ケイ素及び粒径５〜１０μｍの炭化
   ケイ素の混合物であることを特徴とする請求項１記載の
   熱伝導材。
3. 【請求項３】 上記アルミナの粒径が１０〜３０μｍで
   あることを特徴とする請求項２記載の熱伝導材。
4. 【請求項４】 上記母材がシリコーンであることを特徴
   とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱伝導材。